8.3GCMS及LCMS在化妆品中的应用研究进展一气相色谱

§8.3GC-MS及LC-MS在化妆品中的应用研究进展一、气相色谱-质谱联用技术气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术经历半个多世纪的发展，成为分析复杂混合物的最为有效的分离分析技术之一。目前气质联用被广泛用于环境科学、医药、化学、食品科学、法医学、刑侦科学、化工、石油科学等领域。1出口气相高真空泵传输线化学工作站软件（电脑）离子源质量分析器机械泵检测器质谱GC-MS仪器内部连接示意图GC部分MS部分待分离组分，和载气ABCD1.色谱过程示意图：气相色谱流程图：1.组成：常用的气相色谱仪一般可分为：气路系统、进样系统、分离系统、检测系统和记录系统。4气相色谱仪：5色谱柱填充柱毛细管柱柱内径1-10mm0.05-0.5mm柱长度0.5-10m10-150m总塔板数~103~

106样品容量10-1000

0.1-502.质谱（MS，MassSpectrometer）原理：质谱法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按质荷比实现分离分析，测定离子质量极其强度分布。另一种表述：质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。7应用范围及缺点：质谱能给出化合物的分子量、元素组成、经验式及分子结构信息，具有定性专属性强的优势。然而质谱法对于未知化合物进行结构鉴定，最好能够是纯度极高的样品，这样可以减少杂质形成的本底对样品质谱图产生的干扰。8质谱检测器：毛细管柱接口离子源离子检测器加热器温度传感器质量分析器数据处理离子化的方法：电子轰击电离ElectronImpactIonization,EI化学离子化ChemicalIonization,CI场电离，场解吸FieldIonizationFD,FieldDesorptionFD快原子轰击FastAtomBombardment,FAB基质辅助激光解析电离Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI电喷雾电离ElectrosprayIonization,ESI大气压化学电离AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI1011有机质谱的特点：优点：局限性：(1)定分子量准确，其它技术无法比。(2)灵敏度高，常规10-7—10-8g,单离子检测可达10-12g。(3)快速，几分甚至几秒。(4)便于混合物分析，LC/MS，MS/MS对于难分离的混合物特别有效,其它技术无法胜任。(5)多功能，广泛适用于各类化合物。(1)异构体，立体化学方面区分能力差。(2)重复性稍差，要严格控制操作条件。所以不能象低场NMR，IR等自己动手，须专人操作。(3)有离子源产生的记忆效应，污染等问题。(4)价格稍显昂贵，操作有点复杂。12质谱仪的组成：质谱仪由以下几部分组成

数据及供电系统┏━━━━┳━━━━━╋━━━━━━┓进样系统离子源质量分析器检测接收器┗━━━━━╋━━━━━━┛

真空系统

13真空系统：质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。所以质谱反应属于单分子分解反应。利用这个特点，我们用液质联用的软电离方式可以得到化合物的准分子离子，从而得到分子量。只有在足够高的真空下，离子才能从离子源到达接收器，真空度不够则灵敏度低。143.GC-MS原理：原理：有机物样品分子在气相色谱中气化分离，随载气引入质谱系统，在离子源中转化为带电的气体离子，进而断裂成各种质荷比的带电碎片离子，然后一起被加速进入质量分析器，按其质荷比（m/z）进行分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的。使用范围：GC-MS通常适用于易挥发和热稳定性的待测组分，并且这些组分要能够承受气相色谱严苛的分离分析条件，衍生化则扩大了GC-MS的使用范围。15GC技术和MS技术的共同点：①测试均在气态下完成；②灵敏度相当；③对样品制备和预处理要求有相同之处；④都是分析混合物的理想工具。16GC和MS联用的障碍：①GC出口气体高压力，MS正常工作需要高真空低压力；②色谱峰流出速度快，质谱扫描速率较慢；③庞大的实验数据与处理能力之间的矛盾。17GC-MS联用技术的发展：压力匹配问题最初的解决方法：最早连接GC和MS的接口是一个节流针阀，气体分流，只有少部分气体进入MS的离子源。熔融毛细管柱用于GC后，直接导入型接口被使用——被广泛使用。【此接口对GC分析略有影响，如要严格保持GC的分离性能，可采用开口分流型接口】扫描速度：四极杆质谱仪具有灵敏度高、扫描速度快、价格低廉等优点。质谱的数据分析借助于计算机软件使得数据分析迅速即时。18二、液相色谱-质谱联用技术（LC-MS）液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题：①不挥发性化合物分析测定；②极性化合物的分析测定；③热不稳定化合物的分析测定；④大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定；没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图。19液质联用（HPLC-MS）又叫液相色谱-质谱联用技术，它以液相色谱作为分离系统，质谱为检测系统。质谱图的获得：样品在质谱部分和流动相分离，被离子化后，经质谱的质量分析器将离子碎片按质量数（质荷比）分开，经检测器得到质谱图。20LC-MS接口技术：“接口”作用的装置将液相与质谱连接起来。接口要解决三个主要问题：（1）液相色谱中使用的流速较大，而质谱需要一个高真空环境工作；（2）要从流动相中提供足够的离子供质谱分析；（3）去除流动相中杂质对质谱可能造成的污染。21接口技术分支之一（共三个分支）：流动相雾化后形成的小液滴解溶剂化，气相离子化或离子蒸发后再离子化，形成了①热喷雾接口（thermosprayinterface）、②大气压化学离子化（atmosphericpressurechemicalionization，APCI）和③电喷雾离子化（electrosprayionization，ESI）技术等。22①热喷雾接口（thermosprayinterface）：该接口是将液相色谱的流动相通过一根电阻式加热毛细管进入一个加热的离子室，毛细管内径约0.1mm，比液体直接导入接口的取样孔大很多。毛细管的温度调节到溶剂部分蒸发的程度，产生蒸汽超声喷射，在含有水溶剂的情况下，喷射中含有夹带荷电小液滴的雾状物。离子室是加热的，并由前级真空泵预抽真空，当液滴经过离子源时继续蒸发变小，有效地增加了荷电液滴的电场梯度。最终使其成为自由离子而从小液滴表面释放出去，通过取样锥内的小孔离开热喷雾离子源。23②大气压化学离子化（atmosphericpressurechemicalionization，APCI）APCI不同于传统的化学电离接口，它是借助于电晕放电启动一系列气相反应以完成离子化过程，因此也成为放电电离或等离子电离。具体变化过程：从液相色谱流出的流动相进入一具有雾化气套管的毛细管，被氮气流雾化，通过加热管时被气化。在加热管端进行电晕尖端放电，溶剂分子被电离，充当反应气，与样品气态分子碰撞，经过复杂的反应后生产准分子离子。然后经筛选狭缝进入质谱计。整个电离过程是在大气压条件下完成的。24大气压化学离子化（atmosphericpressurechemicalionization，APCI）25热喷雾(100-120

C)，化学电离;适用于热稳定化合物分析电晕：电晕，指带电体表面在气体或液体介质中发生局部放电的现象，常发生在高压导线的周围和带电体的尖端附近，能产生臭氧、氧化氮等物质。26③电喷雾离子化（electrosprayionization，ESI）技术在ESI中，离子的形成是分析物分子在带电液滴的不断收缩过程中喷射出来的，即离子化过程是在液态下完成的。液相色谱的流动相流入离子源，在氮气流下气化后进入强电场区域，强电场形成的库伦力使小液滴样品离子化，离子表面的液体借助于逆流加热的氮气分子进一步蒸发，使分子离子相互排斥形成微小分子离子颗粒。27电喷雾电离：流出液在高电场下形成带电喷雾，在电场力作用下穿过气帘；气帘的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂分子28电喷雾电离（ESI）：29RayleighLimitReached++++++++++-----++++++++++-----++++++--++++++--Evaporation++ChargedDroplets试样离子准分子离子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++++--其他离子RayleighLimitReachedChargedDropletsAnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutralsESI适合于中等极性到强极性的化合物分子，特别是那些在溶液中能预先形成离子的化合物和可以获得多个质子的大分子（如蛋白质）APCI不适合可带多个电荷的大分子，其优势在于弱极性或中等极性的小分子的分析。30LC-MS联用：31总结：GC-MS: