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1、气相色谱/质谱的简单介绍 气相色谱的工作原理 实质上气相色谱分离是利用试样中各组分在色谱柱中 的气相和固定相间的分配系数不同，当汽化后的试样被载 气带入色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复 多次（）的分配（吸附脱附放出）。由 于固定相对各种组分的吸附能力不同（即保存作用不同） ，因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的 柱长后，便彼此分离，顺序离开色谱柱进入检测器，产生 的离子流信号经放大后，在记录器上描绘出各组分的色谱 峰。 Gas Chromatography Detector 热导 (TCD)：热导系数差异 （通用性） 火焰电离 (FID)：火焰电离 （有机物） 电子俘获
2、 (ECD)：化学电离 火焰光度 (FPD)：分子发射 氮磷 (NPD)：热表面电离 原子发射 (AED)：原子发射（通用性） 红外 (FTIR)：分子吸收 质谱 (MS)：电离和质量色散相结合 pptrillionppb ppm ppthousandpercent 1 ppm = 1 ng 1 L m 1 mg Liter 1 L m Liter = TCD FID ECD AED PID NPD (N) NPD (P) MSD (SIM)(SCAN) FPD (S) IRD ELCD ELCD (S or N) (X) 10-15 fg 10-12 pg 10-9 ng 10-6 mg 1
3、0-3 mg GC检测器比较 质量分析器 四极质量分析器 扫描速度快，并可从正离子到负离子检测自 动切换，而且灵巧轻便，价格便宜，是GC-MS 中最流行的质量分析器。 离子阱质量分析器 飞行时间质量分析器 质量 分析 器 质量下 限 质量上 限 使用范围 四极杆 离子阱 飞行时 间 扇形场 110 110 110 110 500400 0 500600 0 500106 100015 000 小分子、多电 荷离子大分子 小分子、多电 荷离子大分子 小分子、大分 子 小分子、中等 大小分子 质谱仪的主要性能指标 质量范围 质谱仪器能检测的最低和最高质量,质量范围取决于质量分析器的类型。 m/z
4、不是 m 质量下限高，得不到低质量端的特征离子； 质量上限低， 不能检测分子量高于质量上限的分子离子。 质量分 析器 质量准 确度 用途类型 四极杆 离子阱 飞行时 间 扇形场 0.1u 0.1u 0.0001u 0.0001u 给出整数 质量 给出整数 质量 精确质量 和元素组 成 精确质量 和元素组 成 低分辨 低分辨 高分辨 高分辨 1.GC-MS能做什么？ 2.GC-MS的对象局限性 3.为什么选择GC-MS？ 气相色谱质谱分析的应用 GC-MS联用分析的灵敏度高，适合于低分子化 合物(相对分子质量1000）的分析，尤其适 合于挥发性成分的分析。 在药物的生产、质量控制和研究中 在中药
5、挥发性成分的鉴定 食品和中药中农药残留量的测定 体育竞赛中兴奋剂等违禁药品的检测 环境监测 （1）分离效率高： 复杂混合物，有机同系物、异构体。手性异构体。 （2） 灵敏度高： 可以检测出g.g-1(10-6)级甚至ng.g-1(10-9)级的物质量. （3） 分析速度快： 一般在几分钟或几十分钟内可以完成一个试样的分析。 （4） 应用范围广： 适用于沸点低于400的各种有机或无机试样的分析。 不足之处： 对高沸点、难挥发，热稳定性差、化学性质极为活泼或强腐蚀性物质不 能用GC测定。应用范围受到限制，在所有的有机物分析中只有1520%能 用GC进行分离分析。 NIST05库：163198种化合
6、物的谱图、CAS号、 分子式等信息 GC-MS的一些概念 1.进样量 1-2 uL，进样浓度 1ppm 以下（水、酸、碱不可行） 2.分离温度，约325度以下（由色谱柱决定） 3.色谱柱决定分离效果，相似相溶原理 4.同系物按碳数大小顺序出峰 5.GC-MS可以不基线分离 （通过出峰时间和碎片离子定性） 6.定量离子只有一个，质谱扫描范围1-700amu 7.GC-MS载气常用He，纯度99.999% 。 8.GC-MS必须设置溶剂延迟。 GC 柱容量 (克)30 ng = 30 x10-9 g Mass 分析损损失99.9% 气相色谱谱操作条件的选择选择 Optimization of GC
7、 Column Performance 1 载气（ Carrier gas）：种类，速度 2 色谱柱（ Column）：固定液，柱长 3 柱温（ Column temperature） 4 进样量 气相色谱柱 气相色谱柱 填料 管 填充柱(Packed Column) 融熔石英 固定液 毛细管柱(Capillary Column) l内径(I.D.) 2-4 毫米 l长度 0.5-5 米(2 米最常用) l填料 涂覆有0.5-25%固定液的担体 l固定液 理论塔板数一般都很小 l内径（I.D.） 0.1，0.25，0.32，0.53 毫米 l长度 5-100 m(30 m最常用) l材质 融熔
8、石英 l固定液 理论塔板数一般都较大 C15 | C15 C18 | C18 C12 | C12 C15 | C15 C18 | C18 C12 | C12C23 | C23 C15 | C15 C18 | C18C12 | C12 C23 | C23 170等温分析 C12-C15 分离的比较好。 高沸点化合物出峰晚和峰较宽 。 230等温分析 高沸点化合物出峰会比较早 。 The separation of C12- C15 is poor. C12-C15 分离的比较差。 100 -10 /min-280 程序升温分析 正构烷烃出峰间隔相等的 低沸点的化合物的分离度较好高沸点 的化合物出
9、峰也较早 柱温与分离的关系 Isothermal Analysis | 等温分析 同系物,按碳数从小到大的顺顺序出峰正构醇的混合物 在等温分析时时，通常出峰早的化合物峰形 较较尖锐锐，通常出峰晚的化合物峰形较宽较宽 乙酸酯类混合物 甲醇 乙醇 正丙醇 正丁醇 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸正丙酯 碳数 1 保留时间时间的对对数 234 乙酸酯类混合物 正构醇的混合物 同系物的碳数 ( 沸点) 和保留时间时间 的对对数之间间大致成的线线性关系。 程序升温分析 同系物中碳数的较小先出峰 正构醇的混合物 乙酸酯类混合物 乙酸甲酯 乙酸乙酯 乙酸正丙酯 含碳数 1 保留时间 234 乙酸酯类混合物 正构醇的
10、混合物 同系物的碳数 ( 沸点) 和保留时 间之间大致成的线性关系。 (出 峰时间间隔几乎相等) 甲醇 乙醇 正丙醇 正丁醇 样品注入方法 气体样品:0.2-1 毫升 液体的样品:1-2 uL 注入太多样品 -造成峰形变差及进样口污染 注入GC 的样品体积 各种不同溶剂的汽化体积(在进样口 250 及 140kPa 的情况下） 溶剂的闪蒸注入方法 吸入样品前吸溶剂和适当体 积的空气进入注射器, 而且 调整针杆到刻度。 进样口 1 2 3 uL 0 溶剂 空气 注射1 uL样品进 入 GC 。 溶剂留 在针尖部分。 1 2 3 uL 0 样样品溶液 1 2 3 uL 0 吸入 uL 样品 空气
11、1 2 3 uL 0 防止进样误差测试时使用 同一个注射器，样品进样 体积可保持一致。 因为是 (样品 + 少量溶剂 )的方式进样, 峰面积 (包 括溶剂) 会变化。定量时 必需使用标准曲线。 标准样品的抽取时需要使 用与样品一样的方式，操 作较麻烦。 吸空气进入 针部分 质谱仪 Outlet Quadrupoles Quadrupole s 离子源 质量分析 器检测器 * Ion formation and collimation Ion separation and speciation High Vacuum Pump Mechanical Pump Ion detection and
12、amplification 样品导入 真空系统 Vacuum Manifold 离子源 电子轰击源（EI）是GC-MS中最常用的离子源 优点： 谱图重现性好 有较多的碎片离子，提供丰富的结构信息 灵敏度高 化学电离源（CI）也是GC-MS配置的离子源之一 （软电离，分子离子峰） 相近的峰宽 平滑对称的峰形 适当的EM电压 合适的丰度值 Low water and air 正确的质量分配 典型的相对丰度 自动调谐报告 合适的同位素比例 手动调谐：检漏（28,18,32,69） 自动调谐：调整仪器状态 色谱质谱的扫描模式及 其提供的信息 色谱-质谱联用分析扫描模式 u全扫描（full scanni
13、ng） u选择离子监测(SIM) 色谱质谱三维谱 X坐标表示质荷比m/z，Y坐标表示时间或 连续扫描的次数，Z坐标表示离子流的强 度(离子丰度)。 全扫描 全扫描是质量分析器在给定的时 间范围内对给定质荷比范围进行无间 断地扫描，获得样品中每一个组分（ 或在某一特定时刻）的全部质谱。在 这种扫描模式下，可以获得各种定性 和定量信息。 总离子流色谱图（TIC）是总离子流强 度随时间（扫描次数）变化的色谱图 其中对应某一时间点的峰高是该时间点流进 的组分的所有质荷比的离子强度的加和。 给出保留 值、峰高 和峰面积 提取离子流色谱图（EIC 质谱图 将全扫描得到的所有碎片离子的质荷比与 其对应的离子
14、流的相对强度作图 给出总离子流色谱图上每一个色谱峰的质谱 用途： 用于目标化合物检测和复杂混合物中杂质的定量分析。 参数的设置： 1 化合物特征离子（ 分子离子、特征碎片离子或重排离子） 定量离子、辅助定量离子 2 离子扫描停留时间 3 质量窗口 0.1 特点：比全扫描模式有更高的灵敏度，因排除了干扰，峰形较好，提高了信 噪比，适于定量分析。 不用于未知物鉴定。 选择离子检测 操作流程： 依次启动计算机、气相色谱、质谱的电源 进入化学工作站 view菜单 tune/vacuum control pump down 24h, 调谐 设定仪器操作参数 采样 分析 谱图检索 积分定量 谱图检索应注意
15、的问题： （）相似系数的使用： 90% 比较可靠 60% 可靠性较差 注：并非匹配率较高的化合物就一定是未知物，异构体、同系物和结 构比较相似的化合物谱图也比较相似，所以匹配率相近。 （2）影响谱图库检索的因素： A 仪器调谐方式不对，导致离子相对强度不对； B 采集数据或处理谱图时，设定的检测质量范围不合适； C 色谱分离不好，得到的不是单一组分的质谱图，而是共流出的混合物谱图； D 谱图处理或选择不当（平均谱、峰顶谱、峰起点谱等）。 （3）谱图分析： 计算分子量、分析碎片离子、研究断裂方式等。 （4）色谱峰纯度判别： 自动判别色谱峰纯度，解叠共流出组分（Automated mass spectromet
