GCMS基础理论

1、gcms基础知识,gcms的基本流路图,gc,接口,ms,数据处理,真空系统,气相色谱仪的流动相-载气,高纯氦气（纯度99.999%以上）,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,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,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,压力 10-3-10-4 pa(平均自由路径 5m-50m),排气系统,主泵,副泵,真空泵 (主泵),涡轮分子泵

2、（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,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,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,ms 的分类,磁质谱 四极杆质谱 飞行时间质谱 (tof) 离子肼质谱,四极杆质量分析器,m/zv m：mass number z ：charge ( =1 in gcms) k ：constant v :voltage applied to qp,四极杆质量分

3、析器,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）,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,反应气,灯丝,qp,ch4,ch5+ c2h5+,样品分子,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

4、子离子用于确定分子量,+,pci spectrum 硬酯酸甲酯 m.w. 298,ei和 pci的比较,ei 模式,pci 模式,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),nci 质谱图,六氯苯 m.w. 284,负化学电离(nci),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,ei,pci,nci,marthone (mw 330),eipcinci 的比较,nci-g

5、c/ms 和 gc-ecd定量结果的比较,按 jp方法进行前处理,面积的重现性,离子源结构,电离室 透镜,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。,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。

6、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，并且抑制四极杆的边缘效应，防止离子外溢。,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。,ms

7、调谐,灵敏度调节 分辨率调节 质量数修正 相对强度修正,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,pftba,relative m/z intensity 69 100.0 131 26.0 219 32.0 414 2.0 502 2.0 614 0.2,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,gc-ms常用术语,基峰：179 分子离子：304 质荷比（m/z),质谱图（棒图）,gc-ms常用术语,总离子流图（tic),tic和mc（质量色

8、谱图）,gc-ms常用术语,总离子流图（tic),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),scan 模式（定性）,m/z,retention time,tic : scan,72,54,152,ms 质谱图,sim 模式（定量）,灵敏度高于 scan模式,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,sim 模式（定量）,sim的优点： 提高灵敏度 改善峰

9、形 改善精确度 应用 痕量分析 复杂基质 常规定量,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 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,分析方法 计算方法,

10、方法的建立,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 检测器电压等,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,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,

11、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。,计算方法（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,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,w

12、idth：设为最窄峰的半高宽，单位：秒,推荐值：填充柱 5 毛细柱 23,判断峰起点 滤除低平噪声（如蛇行等） slope的确定：一般通过s. test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,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,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

13、较大，需加 以注意。,drift值的设定,drift,drift,drift,drift,drift,drift,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,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,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）

14、 二次曲线 三次曲线,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样 标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度 单点校正曲线通过原点,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,定量方法,面积归一化法 校正面积归一化法 外标法 内标法,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

15、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。 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。,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,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,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。