GCMS基础理论.ppt

1、a,1,GCMS基础知识,a,2,GCMS的基本流路图,GC,接口,MS,数据处理,真空系统,a,3,气相色谱仪的流动相-载气,高纯氦气（纯度99.999%以上）,a,4,MS流程图,样品,进样系统,离子源,真空系统,质量分析器,检测器,数据处理,GC进样 直接进样,a,5,为什麽MS需要高真空,提供足够的平均自由程 提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应 减少背景干扰 延长灯丝寿命 消除放电 增加灵敏度,a,6,真空系统确保离子由离子源转移至检测器,ion,air, water etc.,高真空,低真空,为什麽MS需要高真空,a,7,压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50

2、m),排气系统,主泵,副泵,a,8,真空泵 (主泵),涡轮分子泵（Turbo molecular pump）,旋转叶片使气体分子向下移动并 由 出口排出 干净真空 启动和关机时间短 价格昂贵,a,9,单泵排气系统和差动排气系统,差动排气系统更有利于高流量分析,单泵排气系统,差动排气系统,高真空,a,10,Interface:GC 和 MS的连接部件,使用石墨垫圈 密封（85%Vespel+15%石墨）,加热块,接口,a,11,MS 的分类,磁质谱 四极杆质谱 飞行时间质谱 (TOF) 离子肼质谱,a,12,四极杆质量分析器,a,13,m/zV m：mass number z ：charge (

3、 =1 in GCMS) k ：constant V :voltage applied to QP,四极杆质量分析器,a,14,QP/MS的结构,离子源,透镜,四极杆,检测器,气质联用使用的电离技术,电子轰击电离（EI） 正化学电离（PCI） 负化学电离（NCI）,a,16,电子轰击电离（EI）,e-,e-,e-,e-,e-,样品分子,灯丝,+,+,+,+,碎片离子,QP,电子轰击电离（EI）,热电子（70eV）轰击分子，使其电离 丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹”,EI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298,a,18,反应气,灯丝,QP,CH4,CH5+ C2H5+,样品分子

4、,H+,-CH4,M+1,-C2H4,正化学电离（PCI）,正化学电离（PCI）,首先电离反应气分子样品分子主要 由质子转移电离 容易产生准分子离子用于确定分子量,+,PCI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298,a,20,EI和 PCI的比较,EI 模式,PCI 模式,a,21,负化学电离(NCI),灯丝,e-,e-,e-,e-,捕获电子形成负离子,MX+e(015eV)-MX,X: 电负性强元素,CH4,MX,CH4,+,CH3,+,H,CH4,CH4,CH4,e,MX,_,负化学电离(NCI),a,23,NCI 质谱图,六氯苯 M.W. 284,负化学电离(NCI),a,24,

5、NCI 的优点,适合分析电负性强的元素 高灵敏度 与 GC-ECD灵敏度相当 高选择性,a,25,EI,PCI,NCI,Marthone (MW 330),EIPCINCI 的比较,a,26,NCI-GC/MS 和 GC-ECD定量结果的比较,按 JP方法进行前处理,a,27,面积的重现性,a,28,离子源结构,电离室 透镜,a,29,电离室,永久磁铁 灯丝 靶 电子聚焦,离子化过程：样品分子与电子相互作用，电子把能量给予样品。如果这个能量足够大，则化合物被活化，失去一个电子，产生一个正离子，我们称之为分子离子。电子的能量通常为70ev。如果样品分子离子含有剩余的能量，会导致离子进一步断裂，形

6、成碎片，剩余的能量越多，生成的碎片越多。形成的中性碎片被真空泵抽走，负离子撞击到离子源的其他部件上。,a,30,透镜,排斥极：使带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动。排斥极位于离子化室出口对面；它的极性与离子相同。排斥极帮助离子穿过透镜。 拉出极：帮助带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动。拉出极的电压比排斥极负，吸引正电子向质量分析器方向运动。拉出极是一个中心带有小孔的圆片。 离子聚焦：如果没有其他部件，离子穿过拉出极后会发生散射，离子聚焦部件可以帮助离子成束状进入质量分析器。离子聚焦带负电，形成一个电场，即使离子聚成束，又防止聚焦部件捕获电子。 入口透镜：位置紧挨四极杆，作用是使离子加速

7、，并且抑制四极杆的边缘效应，防止离子外溢。,a,31,离子检测器,电子倍增器： 从质量分析器出来的离子轰击电子倍增管的阴极表面，使其发射出二次电子，再由二次电子依次轰击一系列电极，使二次电子获得不断倍增，最后由阳极接受电流，使离子束信号得到放大。,a,32,MS调谐,灵敏度调节 分辨率调节 质量数修正 相对强度修正,a,33,MS 调谐标样,PFTBA(全氟三丁胺),稳定 可挥发 碎片涵盖质量范围宽 仅有C-13和N-15同位素 无质量缺陷,a,34,PFTBA,relative m/z intensity 69 100.0 131 26.0 219 32.0 414 2.0 502 2.0

8、614 0.2,a,35,MS自动调谐流程,寻找质量峰 粗调EM电压和峰宽 调节离子源部件使502达到最佳 调节EM和峰宽达到最佳 质量轴校正,a,36,GC-MS常用术语,基峰：179 分子离子：304 质荷比（m/z),质谱图（棒图）,a,37,GC-MS常用术语,总离子流图（TIC),TIC和MC（质量色谱图）,a,38,GC-MS常用术语,总离子流图（TIC),a,39,数据采集模式,Scan（扫描） SIM (选择离子),mass number,mass number,Time,Time,Scan,SIM,(定性),(定量),a,40,Scan 模式（定性）,m/z,Retentio

9、n time,TIC : Scan,72,54,152,MS 质谱图,a,41,SIM 模式（定量）,灵敏度高于 Scan模式,a,42,SIM (选择离子模式）,SIM主要用于定量分析 只有特定质量数的离子被检测 根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。 灵敏度取决于所选择的检测离子。,数据采集模式,a,43,SIM 模式（定量）,SIM的优点： 提高灵敏度 改善峰形 改善精确度 应用 痕量分析 复杂基质 常规定量,a,44,原子质量和质量数,以12C 质量12为单位来表示原子质量 质量数 : 整数表示,example mass mass number 1H 1.00782522 1 2H

10、 2.01410222 2 12C 12.00000000 12 13C 13.00335508 13 14N 14.00307440 14 16O 15.99491502 16 18O 17.99915996 18,示例: 水的质量数 (H2O) 1x2+16=18 更精确的分子量 1.00782522x2+15.99491502= 18.01056546,a,45,分析方法 计算方法,方法的建立,a,46,分析方法（仪器参数）,分析参数 选择分析系统: 进样方式、色谱柱等 GC参数: 载气流量、分流比、温度条件等 MS参数: 扫描模式：SCAN, SIM 离子源： EI, PCI, NCI

11、 检测器电压等,a,47,进样口、色谱柱、检测器的温度设定,进样口温度 考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。 色谱柱温度 考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期， 宽沸程样品应使用程序升温。 检测器温度 防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30。 DET.TINJ.TCOL.T+20,a,48,恒温分析和升温分析的比较,恒温分析,升温分析,沸程窄时采用恒温分析 恒温分析时，保留时间和碳 数程指数关系,C8,C9,C10,C11,C8,C9,C10,C11,沸程宽时采用升温分析 升温分析时，碳数和保留时 间程比例关系 基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。,a,49,计算方法

12、（数据处理参数）,峰处理参数（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等） 定量参数 定量方法： 内标法、外标法、面积归一法等 工作曲线的制作 曲线点数：一点、两点及多点 曲线计算：线性回归、折线、 二次曲线、三次曲线 定性参数： 保留时间、时间窗、时间带,a,50,峰处理参数,去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4 控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据 控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTH,WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒,推荐值：填充柱 5 毛细柱 23,a,51,判断峰起点 滤除低平噪声（如蛇行等） SLOPE的确定：一般通过S. TE

13、ST进行，测定时间为 10倍WIDTH的时间。 特殊情况，可根据实际需要改变该值。,SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：,峰处理参数,a,52,SLOPE值的手动设定,单位：uv/min,SLOPE,SLOPE,SLOPE峰斜率，作为噪声滤除,SLOPE峰斜率，积分不稳定，须手动设定,a,53,峰处理参数,DRIFT：判断相邻峰的积分方式,注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分 可能不稳定，导致面积值变化较大，需加 以注意。,a,54,DRIFT值的设定,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,DRIFT,a,

14、55,峰处理参数,设定值为0时，自动判断； 不使用时可设为1000 T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变,T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间,a,56,定性参数,保留时间允许误差： 时间窗 (WINDOW)，相对允差 设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定 时间带(BAND)，绝对允差 设定较繁，需逐个组分设定,绝对保留值、相对保留值、多参考保留值,a,57,定量参数,校正级别（曲线计算方法） 单点校正（liner) 两点校正（liner) 多点校正 线性回归 点到点连线（折线） 二次曲线 三次曲线,a,58,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样 标样浓度应尽可能

15、接近实际样品中各组分的浓度 单点校正曲线通过原点,a,59,多点校正,对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正 标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度 多级校正有几种方式 1.响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线 2.组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正,a,60,定量方法,面积归一化法 校正面积归一化法 外标法 内标法,a,61,定量方法（一）,面积百分率法（面积归一） 各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。 校正面积百分率法（校正面积归一） 用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前

16、者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。 这两种方法应用的必须条件是： 1.样品中所有组分都出峰； 2.所有峰面积计算必须准确。,a,62,面积归一化法,公式：,优点： 1）无需做校正，简便，快速 2）进样量不严格要求,缺点： 1）所有组分都流出且被检测到 2）所有组分的检测灵敏度都相同,a,63,校正面积归一化法,公式： 式中：Fi为校正因子， Fi浓度（含量）/面积,用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。 优点： 进样量要求不严格 缺点： 1）所有组分都流出且被检测到 2）所有组分都需作校正,a,64,3.外标法 该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。 4.内标法 在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。