1气相色谱气相色谱-质谱质谱(GC-MS)联用技术联用技术熊 英熊 英2016年年12月月21日日2GC-MS基本原理基本原理GC-MS应用应用3Agilent 气质联用仪气质联用仪4GC-MS联用技术特点联用技术特点气相色谱法定性依据是色谱峰的保留时间，定量依据则是色谱峰高或峰面积作为定性和定量方法，气相色谱法最大特点在于气相色谱法定性依据是色谱峰的保留时间，定量依据则是色谱峰高或峰面积作为定性和定量方法，气相色谱法最大特点在于高效的分离能力和高的灵敏度，是分离混合物高效的分离能力和高的灵敏度，是分离混合物的有效手段的有效手段质谱法是依据带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按其质荷比（质量和电荷的比）实现分离分析，测定离子质量及其强度分布主要特点是能给出化合物的分子量、元素组成、经验式及分子结构信息，具有质谱法是依据带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按其质荷比（质量和电荷的比）实现分离分析，测定离子质量及其强度分布主要特点是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、灵敏度高、检测快速定性专属性强、灵敏度高、检测快速的优势5色谱图上的信息色谱图上的信息6M+(M-R2)+(M-R3)+Mass Spectrum(M-R1)+质谱图上的信息质谱图上的信息abundancem/z7气相色谱气相色谱-质谱谱图质谱谱图abundancetimem/z8气相色谱气相色谱-质谱谱图质谱谱图9GC工作过程工作过程气相色谱工作流程图气相色谱工作流程图10色谱基本原理色谱基本原理色谱法是利用混合物不同组分在色谱法是利用混合物不同组分在固固固固定相定相定相和定相和流动相流动相流动相中流动相中分配系数分配系数(或吸附系数、渗透性等)的差异，使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法。
或吸附系数、渗透性等)的差异，使不同组分在作相对运动的两相中进行反复分配，实现分离的分析方法11毛细管柱分类毛细管柱分类壁涂开管柱（壁涂开管柱（WCOT）载体涂渍开管柱（载体涂渍开管柱（SCOT）多孔层开管柱（多孔层开管柱（PLOT）固定相组成： 载体）固定相组成： 载体+固定液固定液12固定液的选择原则固定液的选择原则“相似相溶相似相溶”a. 非极性物质非极性物质非极性固定液沸点越低的组分越早出峰非极性固定液沸点越低的组分越早出峰b. 极性物质极性物质极性固定液极性越小的组分出越早出峰极性固定液极性越小的组分出越早出峰c. 极性与非极性混合物极性与非极性混合物极性固定液极性越小的组分出越早出峰极性固定液极性越小的组分出越早出峰d. 易形成氢键物质易形成氢键物质极性或氢键型固定液不易形成氢键的组分先出峰，易形成氢键的组分后出峰极性或氢键型固定液不易形成氢键的组分先出峰，易形成氢键的组分后出峰e. 复杂难分离样品复杂难分离样品多种固定液混合多种固定液混合13常用毛细管色谱柱固定液常用毛细管色谱柱固定液固定液极性大小适用范围固定液极性大小适用范围100二甲基聚硅氧烷非极性脂肪烃化合物，石化产品二甲基聚硅氧烷非极性脂肪烃化合物，石化产品(50三氟丙基三氟丙基)甲基聚硅氧烷中等极性极性化合物，如高级脂肪酸聚乙二醇中强极性极性化合物，如醇、羧酸酯等甲基聚硅氧烷中等极性极性化合物，如高级脂肪酸聚乙二醇中强极性极性化合物，如醇、羧酸酯等14常见柱流失离子碎片常见柱流失离子碎片柱型离子碎片柱型离子碎片 m/zSE-54，HP-1，HP-5，OV-10173、147、207、221、253、281、327、355OV-17，HP-17，73、147、197、221、253、281、327、355OV-225，HP-22573、135、156、197、253、269、313、327、403FFAB，HP-INNOWax，HP-FFAP57、69、97、123、173、191、207、219、240、264、289、305聚乙二醇聚乙二醇131、133、147、161、163、191、195 205207、281、355、15柱子老化的目的柱子老化的目的可提高1/3塔板数可提高1/3塔板数除去涂固定液时残留的溶剂除去涂固定液时残留的溶剂除去交联不全或聚合度低的小分子化合物除去交联不全或聚合度低的小分子化合物使固定液均匀铺展，掩盖某些活性点使固定液均匀铺展，掩盖某些活性点对于旧柱子，除去残留物对于旧柱子，除去残留物16老化柱子的方法老化柱子的方法分段老化法分段老化法从较低温度开始，在不同温度段（从较低温度开始，在不同温度段（150，200，250，300度）分别停留一段时间。
注意不能长时间停留在高温下老化度）分别停留一段时间注意不能长时间停留在高温下老化程序升温老化法程序升温老化法一般从一般从50-60度开始以度开始以10度度/min升温至升温至300度（依柱的最高使用温度而定）度（依柱的最高使用温度而定）进样老化法进样老化法老化一定要充足载气避免干烤柱子，但也有不同载气的特殊老化法老化一定要充足载气避免干烤柱子，但也有不同载气的特殊老化法17GC-MS对载气选择的要求对载气选择的要求必须是化学惰性的必须是化学惰性的必须不干扰质谱图必须不干扰质谱图必须不干扰总离子流的检测必须不干扰总离子流的检测应具有使载气气流中的样品富集的某种特性应具有使载气气流中的样品富集的某种特性载气系统载气系统常用载气：氮气、常用载气：氮气、氦气氦气、氢气氢气等等18进样系统进样系统注射器注射器气化室气化室进样系统进样系统 进样器气化室进样器气化室温度比柱温高出温度比柱温高出307019Column Flow1 mL/minSplit Vent Flow46 mL/min(Septum) PurgeVent Flow3 mL/minTotal Flow50 mL/min注射针注射针SampleColumn Flow1 mL/min(Septum) PurgeVent Flow3 mL/min不分流进样不分流进样Split Vent Flow0 mL/minTotal Flow4 mL/min注射针注射针Sample分流进样分流进样20进样口、色谱柱、检测器的温度设定进样口、色谱柱、检测器的温度设定进样口温度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。
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检测器温度防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30DET.TINJ.TCOL.T+2021色谱色谱-质谱接口质谱接口直接导入型直接导入型内径在内径在0.25至至0.32 mm的毛细管色谱柱的载气流量在的毛细管色谱柱的载气流量在12 mLmin这些柱通过一根金属毛细管直接引入质谱仪的离子源这种接口方式是迄今为止最常用的一种技术毛细管柱沿图中箭头方向插入，直至有这些柱通过一根金属毛细管直接引入质谱仪的离子源这种接口方式是迄今为止最常用的一种技术毛细管柱沿图中箭头方向插入，直至有12 mm的色谱柱伸出该金属毛细管载气和待测物一起从气相色谱柱流出立即进入离子源的作用场接口的实际作用是支撑插入端毛细管，使其准确定位另一个作用是保持温度，使色谱柱流出物始终不产生冷凝使用于这种接口的载气限于氦气或氢气当气相色谱仪出口的载气流量高于的色谱柱伸出该金属毛细管。
载气和待测物一起从气相色谱柱流出立即进入离子源的作用场接口的实际作用是支撑插入端毛细管，使其准确定位另一个作用是保持温度，使色谱柱流出物始终不产生冷凝使用于这种接口的载气限于氦气或氢气当气相色谱仪出口的载气流量高于2 mlmin时，质谱仪的检测灵敏度会下降接口组件结构简单，容易维护传输率达时，质谱仪的检测灵敏度会下降接口组件结构简单，容易维护传输率达100，这种联接方法一般都使质谱仪接口紧靠气相色谱仪的侧面这种接口应用较为广泛这种联接方法一般都使质谱仪接口紧靠气相色谱仪的侧面这种接口应用较为广泛22离子源离子源电子轰击电离源（电子轰击电离源（EI）化学电离源（化学电离源（CI）场致电离源（场致电离源（FI）大气压化学电离源（大气压化学电离源（APCI）电喷雾电离源（电喷雾电离源（ESI）离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，会聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，会聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离23EI源电离过程源电离过程灯丝灯丝发射电子，经聚焦并在发射电子，经聚焦并在磁场磁场作用下穿过作用下穿过离子化室离子化室到达到达收集极收集极。
此时进入离子化室的样品分子在一定能量电子的作用下发生电离，离子被聚焦、加速聚焦成离子束进入此时进入离子化室的样品分子在一定能量电子的作用下发生电离，离子被聚焦、加速聚焦成离子束进入质量分析器质量分析器EI的电离效率与电离能量有关，电离能量低于的电离效率与电离能量有关，电离能量低于50eV时，离子产率随着电离能量增加较快，接近时，离子产率随着电离能量增加较快，接近70eV时，增加渐缓趋于稳定，以后离子能量再增加，离子产率几乎不变时，增加渐缓趋于稳定，以后离子能量再增加，离子产率几乎不变24电子轰击电离又称为电子轰击，或电子电离是应用最普遍，发展最成熟的电离方法轰击电压电子轰击电离又称为电子轰击，或电子电离是应用最普遍，发展最成熟的电离方法轰击电压 50-70 eV, 有机分子的电离电位一般为, 有机分子的电离电位一般为7-15 eV可提供丰富的结构信息有些化合物的分子离子不出现或很弱可提供丰富的结构信息有些化合物的分子离子不出现或很弱Electron Impact Ionization（EI）M+(M-R2)+(M-R3)+Mass Spectrum(M-R1)+m/zintensity25EI源的特点源的特点结构简单、温控和操作均较方便结构简单、温控和操作均较方便电离效率高、所形成的离子动能分散小电离效率高、所形成的离子动能分散小性能稳定、所得谱图是特征的、能表征组分的分子结构（目前大量的有机物标准质谱图均是用性能稳定、所得谱图是特征的、能表征组分的分子结构（目前大量的有机物标准质谱图均是用EI源得到的）源得到的）26EI源的缺点源的缺点样品必能气化，不适于难挥发、热不稳定的样品样品必能气化，不适于难挥发、热不稳定的样品有的化合物在有的化合物在EI方式下分子离子不稳定易碎裂，得不到分子量信息，谱图复杂解释有一定困难方式下分子离子不稳定易碎裂，得不到分子量信息，谱图复杂解释有一定困难EI方式只检测正离子，不检测负离子方式只检测正离子，不检测负离子27离子室内的反应气（甲烷等；离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的，样品的103105倍），受电子（倍），受电子（100240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子。
轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子气体分子气体分子试样分子试样分子+准分子离子准分子离子电子电子(M+1)+;(M+17) +;(M+29) +;Chemical Ionization（CI）28小分子如CH4 , (CH3)2CH等 以CH4为例CH4+ e CH4+ 2e (46%)CH3+(39%)CH2+(7%)初级离子: CH4+, CH3+, CH2+CH4+ CH4 CH5+ CH3 (48%)CH3+ CH4 C2H5+ H2(41%)CH2+ 2CH4 C3H5+ 2H2(6%)CH5+, C2H5+, C3H5+等为稳定的次级离子Chemical Ioniz。