岛津GC-MS基础知识幻灯片.ppt

1、岛津国际贸易（上海）有限公司 分析中心,岛津GCMS基础知识,GCMS是什么 ?,GCMS : 气相色谱/质谱联用仪,GC:气相色谱（Gas chromatograph） MS:质 谱 （Mass spectrometer ）,MS,GC,GCMS流路,样品,信号处理器,目的 ：分离样品组分,GC组成,载气,氦气：高纯，99.999%,GC进样口,分流/不分流进样口（SPL） 填充柱进样口（WBI） 冷柱头进样口（OCI） 程序升温进样口（PTV）,分流/不分流进样口结构,分流进样,什么是分流进样?,46mL/min,分流比 分流流量和色谱柱流量之比 当柱流量为 1mL/min、分流流量为 4

2、6mL/min -分流比46:1,防止色谱柱过载,为什么要分流进样?,加快进样时间，减小色谱峰展宽,前沿峰,柱内径、膜厚和样品量,e.gSPL-2010(Split),25mm,石英棉,10-15mm(10mg),34mm,分流进样注意点_石英棉的装填,避免分流歧视，提高重现性,不适合微量组分的分析（ppm以下） 考虑到样品进样时间，柱流量分流流量最好大于30mL/min 使用分流进样用玻璃衬管 正确装填石英棉,分流进样小结,不分流进样,什么是不分流进样？,0.25mmI.D.x 30m , df=0.25um,1mL/min,50mL/min,47mL/min,载气,46mL/min,分流,

3、初始柱温：溶剂沸点-10度,待机状态和进样后1min内,3mL/min,（进样时间设为1min时）,0.25mmI.D.x30m , df=0.25um,1mL/min,进样时的4mL/min,1mL/min,Carrier Gas,P,0mL/min,Split,50mL/min,47mL/min,46mL/min,什么是不分流进样？,进样1min后打开分流流路,3mL/min,分流流路1min后打开电磁阀的作用,进样后1min打开电磁阀,未打开电磁阀,进样后1分钟内色谱峰展宽的影响,如何减小色谱峰展宽： 1）溶剂效应 2）高压进样,溶剂效应,初始柱温：溶剂沸点-10度,0.25mmI.D.

4、x 30m , df=0.25um,1mL/min,9mL/min,载气,分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,6mL/min,0mL/min,3mL/min,隔垫吹扫,高压进样,待机状态和进样后1min内,（高压时间设为1min时）,1mL/min,6mL/min,100Kpa,250Kpa,进样1min后，柱压回到100Kpa，柱流量恢复为1mL/min,主要用于分析微量组分（数十 ppm 或更低） 使用不分流进样衬管或去活性不分流进样衬管 衬管中可装填少量石英棉以提高重现性。 如样品有强吸附性，最好不加石英棉。 必须使用程序升温方式，初始温度低于溶剂沸点1020度 可以使用高压进样方式 不适

5、合气体样品和低沸点溶剂类样品的分析 不适合分析在溶剂峰之前出峰的组分,不分流进样小结,WBI进样口,用于： 宽孔径毛细管柱 填充柱,载气 毛细柱,隔垫吹扫出口 分流出口,1.Column Sleeve/Guide (OCI-mode) 2. 玻璃衬管 （Glass Insert) (PTV-mode),OCI/PTV进样口,毛细管柱主要类型,Wall Coated Open Tubular,多孔层开口柱,管壁涂渍开口柱,毛细管柱管材,熔融石英 合成高纯石英 外表面涂覆聚酰亚胺 内表面经化学处理 不锈钢 用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理,固定相,大多数固定相为聚合物 WCOT 毛细管柱

6、: 聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）,固定相聚甲基硅氧烷,siloxane,backbone,固定相“ms” or low bleed version,苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链,温度稳定性更好,固定液流失,100 C,270 C,300 C,300 C for 12 min,Bleed,固定相聚乙二醇,“WAX” or “FFAP” 类固定液 e.g. DB-WAX, DB-FFAP 温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液,常用固定相,Phase composition,J

7、&W,SGE,Restek,100% dimethyl polysiloxane,DB-1,BP-1,Rtx-1,95% dimethyl- 5% diphenyl polysiloxane,DB-5,BP-5,Rtx-5,Polyethylene glycol (PEG),DB-Wax,BP-20,Stabilwax,50% dimethyl- 50% diphenyl polysiloxane,DB-17,BP-17,Rtx-50,固定相选择,选择与目标化合物极性相近的固定相 - 峰形和分离变好. 分析非极性化合物非极性柱(e.g.Rtx-1) 分析极性化合物极性柱(e.g. Stabil

8、WAX） 按照分析目的选择固定相. 当组分沸点差异大时： - 非极性柱(e.g.Rtx-1) 当组分沸点差异不大时，如异构体： - 极性柱(e.g. StabilWAX）,按所需分离状况选择 需要高分离时： -内径: 细、长度: 长柱 分离已足够，要缩短分析时间时： -内径: 粗、长度: 短、膜厚：薄柱 按分析目的选择 分析低沸点化合物时： - 长度: 长、膜厚：厚 柱 分析高沸点化合物时： - 长度: 短、 膜厚: 薄 柱,柱内径、长度、膜厚选择,毛细管柱流量设定,内径,载气流入 MS 大流量 真空度差,柱内径 流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.5

9、3mm 10-15ml/min,GCMS-QP2010 Plus: 允许最大流量：15mL/min(EI方式）,载气控制方式,恒流控制（使用填充柱和宽口径毛细管柱时) 不管色谱柱阻力如何变化，载气流速始终恒定。 (柱温上升时柱头压力自动调整) 恒压控制( 通常用于毛细管柱) 载气柱头压力始终恒定。 (柱温变化时柱内流速同时改变) 恒线速度方式（用于毛细管柱，GC-2010/2014具有此功能） 柱内平均线速度维持不变. (色谱柱阻力变化时柱压自动调整),不同控制方式下载气线速度的变化(程序升温时),Interface（接口）,Interface:GC to MS的连接部件,使用石墨垫圈 密封（

10、85%Vespel+15%石墨）,加热块,MS组成,离子化,离子聚焦,质量分离,离子检测,真空- 另一重要因素-,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,排气系统,压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m),主泵,副泵,真空泵 (主泵),Turbo molecular pump （涡轮分子泵）,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,GCMS-QP2010 Plus 双入口差动排气系统,什么

11、是离子？,离子：带电的原子或分子,+,-,Positive ion（正离子）,Negative ion（负离子）,Ionization（离子化）,样品分子在离子源中离子化 根据样品条件不同 (如气体或液体)，离子化方法也不同 对气体样品来说有三种离子化方法 EI (Electron Impact，电子轰击电离) CI (Chemical Ionization，正化学电离PCI) NCI (Negative Chemical Ionization，负化学电离),e-,e-,e-,e-,e-,Sample from GC,filament,+,+,+,+,Fragment ion,QP,EI(电子

12、轰击电离),分子离子产生： MeM+2e,最常用的离子化方法 开放式离子源 产生大量碎片离子,EI概述,碎片和质谱图,分子受到电子（70eV）轰击，在较低能量的化学键处发生断裂,A-B-C-D e,每一化合物具有特定的质谱图：用于化合物识别（定性） (谱库检索),EI 谱图示例,m.w.78,m.w.72,from gas cylinder,filament,QP,CH4,CH5+ C2H5+,Sample from GC,H+,-CH4,M+1,-C2H4,CI (正化学电离),需要反应气（Reagent gas ） 关闭式离子源 ( 离子源内压力约 10Pa ) 碎片少 ( 软电离) 产生

13、准分子离子（ pseudo-molecular ions,M+1） 有利于测定分子量,CI概述,EI和CI谱图比较,Methylstearate（硬酯酸甲酯） M.W. 298,EI,CI,NCI (负化学电离),需要反应气（Reagent gas ） 关闭式离子源 ( 离子源内压力约 1Pa ) 碎片少 ( 软电离) 带电负性基团的化合物有高灵敏度 (如卤素化合物),电子捕获反应,-,（：高电负性原子或离子，如卤素),NCI 质谱图,六氯苯 M.W. 284,EI、CI、NCI应用,EI： 定性 定量 CI： 定性 定量 NCI：定性 定量,GCMS质量分析器,磁质量分析器 四极杆质量分析器

14、 离子阱质量分析器 飞行时间质量分析器,磁质量分析器,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,四极杆质量分析器,离子阱质量分析器,飞行时间质量分析器,数据采集模式,当电压扫描时，离子依次进入检测器。 测定间隔默认为 0.5 sec,SCAN mode（扫描模式）,质谱图,图谱认识,TIC: Total Ion Chromatogram 总离子流图 MS: Mass Spectrum 质谱图 MC: Mass Chromatogram 质量色谱图 MIC:Mi

15、xed Ion Chromatogram 加和离子流图 （指定质量数范围内的“总”离子流图）,MC,MS,TIC&MC,色谱图和质谱图,SIM(Selected Ion Monitoring) mode(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。,Time,Vm/z,0.2sec,V85,V97,SIM,数据采集模式,质谱图,Scan &SIM Mode,m/z,Retention time,TIC : Scan Mode,72,54,152,SIM检测离子,SIM Mode,灵敏度高于 Sca

16、n 方式,Typical Contaminants,Mass (M/Z)Compound ClassificationPotential Source - 18, 28, 32, 40, 44AirH2O, N2, O2, Ar, CO2 31SolventMeOH 43, 58SolventAcetone 77Benzene, Xylene 85Freons 91, 92Toluene 105, 106Xylene 22, 73, 147, 207, 281, 295, 355, 429DimethylpolysiloxaneSeptum/column 41, 45, 55, 57, 71,

17、 85, 99HydrocarbonFingerprint/pump oil 149PhthalatesPlasticizers,MS的调整（调协，tuning）,所有调整都可利用工作站软件完成 灵敏度调整 分辨率调整 质量数校正 相对强度校正,调谐用标样（PFTBA）,relative m/z intensity 69 100.0 131 26.0 219 32.0 414 2.0 502 2.0 614 0.4,DI直接进样法,直接进样系统绕过了气相色谱(GC)而直接将样品注入到离子源中.,可分析 GC 难以分析的化合物. 不必考虑气相色谱的条件而容易地得到质谱. 直接进样系统最高可达 5

18、00 ，5 段升温速率. 可配合不同的离子源分析：DI-EI、DI-CI、DI-NCI.,直接进样法的特点,操作方法,1,21,3,4,样品加入进样杆,进样杆沿导轨插入。 (专利产品),进样杆插入到 离子源。,经由 ：GCMSsolution 启动温度控制。,应用实例1：利血平的分析,利血平的分子量608、沸点高，属于GC 分析困难的组分。采用 DI 可简单地得到质谱，可进行鉴定。,利血平的DI分析,DI-EI谱,可通过谱库检索鉴定,DI-CI谱,确认分子离子峰，进而确定分子量,十溴二苯醚的质谱,100,TIC,500,DBDE,可塑剤,PS,使用DI-MS测定聚苯乙烯的十溴二苯醚,分析方法的

19、建立,分析方法,仪器参数 GC参数: 色谱柱、流量、温度等 MS参数: 温度、检测器电压、扫描范围等 数据处理参数 积分参数：峰宽、斜率等 定性参数：相似性检索谱库等 定量参数：计算方法、校正级别、组分表等,积分参数,积分参数 峰宽：WIDTH 斜率：SLOPE 漂移：DRIFT 变参时间：T.DBL,去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4 控制数据采集速度(对GC而言），WIDTH/10采一次数据,WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒,推荐值：填充柱 5sec 毛细柱 23sec （GCMS只用毛细管柱）,积分参数,判断峰起点和结束点 滤除低平噪声（如蛇行等）,SLOPE：10倍

20、WIDTH的所有信号的总和，用于：,积分参数,定量参数,校正级别（曲线计算方法） 单点校正（liner) 多点校正（两点和两点以上） 线性回归 点到点连线（折线） 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,对每一组分至少作两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,计算方法,面积百分率法 校正面积百分率法

21、外标法 内标法,计算方法（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。,面积百分率法,不需标样 组分的灵敏度相近 得到大致浓度.(不能用于精确定量),未知样,组分 A,峰面积,1000,2000,500,1000,总面积:4500,+,+,=,+,校正面积百分率法,需要所有组分的标样,标样 (等量组分混合),峰面积

22、,1000,1500,1000,500,+,+,+,组分A的浓度为,未知样,组分A,峰面积,1000,2000,500,1000,校正后的总面积:2417,+,+,=,+,相对灵敏度,2,3,2,1,:,:,:,相对灵敏度,2,3,2,1,3.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。 该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,计算方法（二）,需要标样 目标组分被检测到，就可定量 进样量的误差直接影响定量结果,100,浓度(ppm),1000,峰面积

23、,700,70,组分A的浓度为70ppm,外标法,需要标样和内标物。 目标组分和内标物被检测到，就可定量。可减小进样量的误差对结果的影响。 -定量结果最为准确 内标物必须准确添加入所有未知样品中。,未知样+IS:100ppm1uL,组分 A,1,浓度比,1.2,面积比,0.7,0.58,标样 1uL组分A:100ppm内标:100ppm,组分 A,峰面积,1200,1000,面积比,1.2,内标：IS,内标：IS,峰面积,700,1000,面积比,0.7,组分 A 的浓度为： 未知样中的内标浓度:100ppmX浓度比:0.58=58ppm,内标法,内标物的选择,内标物峰与试样中所有成分的峰完全

24、分离。 内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。 内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。,岛津国际贸易（上海）有限公司 分析中心,GCMS的维护与保养,GCMS-QP2010Plus,MS的构造,接口,四极杆,离子源,ETP检测器,典型的 GCMS 问题,灵敏度差 污染物 真空泄漏 离子源污染,典型污染,Mass (M/Z)Compound ClassificationPotential Source - 18, 28, 32, 40, 44空气H2O, N2, O2, Ar, CO2 31溶剂伯醇 43, 58溶剂丙酮 77苯, 二甲苯 85氟利昂 91, 92甲苯 105, 106二甲苯

25、 22, 73, 147, 207, 281, 295, 355, 429二甲基聚硅氧烷 进样垫/柱子 41, 45, 55, 57, 71, 85, 99烃类 指印/泵油 149邻苯二甲酸酯增塑剂,GC日常维护,载气 进样口 玻璃衬管 进样垫 石墨垫 色谱柱 流量控制器,载气,何时维护 ? - 每天检查钢瓶压力 - 每三个月检查压力表 - 及时更换分子筛过滤器 如何做 ? - 使用高纯载气 (纯度 99.999% ) - 使用可除去水、氧气、有机污染物的各种过滤 器。,进样垫的维护与检查,维护与检查的时期 注入次数达100次时，进行更换 保留时间、面积的重现性变差 出现鬼峰 检修内容 漏气

26、进样垫污染,仪器降温,日常关机窗口设置降温温度后，单击Shutdown 温度降低后，关闭载气流量,更换进样垫,拧紧后，回转半圈,玻璃衬管的维护与检查,维护与检查的时期 分析前 保留时间、面积的重现性变差 出现鬼峰 检修内容 玻璃衬管的类型 玻璃衬管是否破损 玻璃衬管中石英玻璃棉的装填情况 玻璃衬管是否污染,玻璃衬管的类型,GC-2010玻璃衬管,更换玻璃衬管,清洗玻璃衬管,将玻璃衬管污染部分浸于溶剂（丙酮等）中放置数小时 或用超声波进行清洗。 如上述方法无法清洗干净，可将玻璃衬管浸泡于1N硝酸 溶液中78小时,玻璃衬管的去活,典型的 DMCS 处理过程 (1) 用1N HCl 清洗玻璃衬管 (

27、2) 用丙酮清洗玻璃衬管和石英棉并吹干 (3) 用正己烷中 5% DMCS浸泡玻璃衬管和石英棉 12 小时 (4) 取出玻璃衬管和石英棉正己烷冲洗 (5) 用甲醇清洗 2-3 次，然后,用甲醇浸泡1小时 (6) 取出吹干即可使用 DMCS: 二甲基氯硅烷,装填石英棉,流路系统,维护与检查的时期 基线不稳 噪声变大 检修内容 每6个月更换PURGE和SPLIT的捕集管和分子筛 定期检查捕集管是否堵塞. 注意 : 堵塞会引起压力波动或升高,更换硅胶捕集管,色谱柱的使用,（1） 柱的使用温度要尽量比柱的耐热温度低。 （可延长柱的使用寿命，减低检测器的噪声） （2） 除去载气中的氧（特别是使用极性柱时

28、） 使用高纯度气体（99.999%） 气瓶更换时注意不要混入空气 氦气净化器安装于气体流路中 （3） 不要使难于挥发的成分进入柱内 充分做好试样的前处理 使用玻璃衬管和石英棉,色谱柱维护的时期,使用新的石墨压环 基线不稳 出现鬼峰,色谱柱的老化,为什么必须进行色谱柱老化？ 新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般 采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。 每天都要进行老化吗？ 视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。,色谱柱老化条件,柱箱温度设定 35 柱子最高使用温度以下 3

29、0，保持2小时 升温速率5/min INJ & 接口 柱箱最高温度+30 老化时间 2 6 小时，视污染情况和色谱柱而定。 用上述方法不能除去时，切掉进样口侧色谱柱50cm左右。,操作须知,进行离子源操作时需要戴清洁的手套 用丙酮清洗所有的工具以降低噪声 取下的部件避免污染,MS日常维护,日常维护周期,硬件调谐 (每日) 机械泵 (每 6个月) 灯丝 (需要时) 检漏 (每日) GC检漏 真空检漏 离子源(需要时) PFTBA (每 6个月),机械泵,何时需要维护 真空失败 漏油 噪声大 维护时间 每 6个月 检查内容 泵紧固螺丝是否拧紧，泵是否漏油， 泵油是否够用，排气口是否通畅， 放气口是否拧紧。,机械泵更换泵油,1）打开放油孔，放出机油后， 重新拧紧 2）打开软件在线分析，在真空 控制窗口/高级功能下，开 启机械泵510秒后关闭。 3）重新打开放油孔，放出残留 机油后拧紧。 4）加入新机油 更换泵油周期：每3000小时,GC泄漏,关闭仪器. 取下柱子，将接口用死堵密封. 封好 SPLIT & PURGE出口. 加上柱前压 (300Kpa) & 流量 (50ml/min)30-60min. 如果1小时后压力不下降, 说明不漏气.,MS真空泄漏,大的泄漏 开