氣相色譜質(zhì)譜

1、氣相色譜氣相色譜/ /質(zhì)譜的簡單介紹質(zhì)譜的簡單介紹氣相色譜的工作原理 實(shí)質(zhì)上氣相色譜分離是實(shí)質(zhì)上氣相色譜分離是利用試樣中各組分在色譜柱中利用試樣中各組分在色譜柱中的氣相和固定相間的分配系數(shù)不同的氣相和固定相間的分配系數(shù)不同，當(dāng)汽化后的試樣被載，當(dāng)汽化后的試樣被載氣帶入色譜柱中運(yùn)行時，組分就在其中的兩相間進(jìn)行反復(fù)氣帶入色譜柱中運(yùn)行時，組分就在其中的兩相間進(jìn)行反復(fù)多次（多次（）的分配（吸附脫附放出）。由）的分配（吸附脫附放出）。由于固定相對各種組分的吸附能力不同（即保存作用不同），于固定相對各種組分的吸附能力不同（即保存作用不同），因此各組份在色譜柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過一定的柱因此各組份在色譜

2、柱中的運(yùn)行速度就不同，經(jīng)過一定的柱長后，便彼此分離，順序離開色譜柱進(jìn)入檢測器，產(chǎn)生的長后，便彼此分離，順序離開色譜柱進(jìn)入檢測器，產(chǎn)生的離子流信號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。離子流信號經(jīng)放大后，在記錄器上描繪出各組分的色譜峰。Gas Chromatography Detector熱導(dǎo)熱導(dǎo) (TCD)：熱導(dǎo)系數(shù)差異：熱導(dǎo)系數(shù)差異 （通用性）（通用性）火焰電離火焰電離 (FID)：火焰電離：火焰電離 （有機(jī)物有機(jī)物）電子俘獲電子俘獲 (ECD)：化學(xué)電離：化學(xué)電離火焰光度火焰光度 (FPD)：分子發(fā)射：分子發(fā)射氮磷氮磷 (NPD)：熱表面電離：熱表面電離原子發(fā)射原子發(fā)射 (AED)：原

3、子發(fā)射（通用性）：原子發(fā)射（通用性）紅外紅外 (FTIR)：分子吸收：分子吸收質(zhì)譜質(zhì)譜 (MS)：電離和質(zhì)量色散相結(jié)合：電離和質(zhì)量色散相結(jié)合pptrillionppbppmppthousandpercent1 ppm = 1 ng1 Lm m1 mgLiter1 L m mLiter=TCDFIDECDAEDPIDNPD (N)NPD (P)MSD(SIM)(SCAN)FPD (S)IRDELCDELCD(S or N)(X)10-15fg10-12pg10-9ng10-6m mg10-3mgGC檢測器比較質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器四極質(zhì)量分析器四極質(zhì)量分析器掃描速度快，并可從正離子到負(fù)離子檢測自掃

4、描速度快，并可從正離子到負(fù)離子檢測自動切換，而且靈巧輕便，價格便宜，是動切換，而且靈巧輕便，價格便宜，是GC-MSGC-MS中最流行的質(zhì)量分析器。中最流行的質(zhì)量分析器。離子阱質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器質(zhì)量下限質(zhì)量上限使用范圍四極桿離子阱飛行時間扇形場11011011011050040005006000500106100015000小分子、多電荷離子大分子小分子、多電荷離子大分子小分子、大分子小分子、中等大小分子質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)質(zhì)量范圍 質(zhì)譜儀器能檢測的最低和最高質(zhì)量,質(zhì)量范圍取決于質(zhì)量分析器的類型。m/z 不是 m 質(zhì)量下限高，得不到低質(zhì)量端的

5、特征離子； 質(zhì)量上限低， 不能檢測分子量高于質(zhì)量上限的分子離子。 質(zhì)量分析器質(zhì)量準(zhǔn)確度用途類型四極桿離子阱飛行時間扇形場0.1u0.1u0.0001u0.0001u給出整數(shù)質(zhì)量給出整數(shù)質(zhì)量精確質(zhì)量和元素組成精確質(zhì)量和元素組成低分辨低分辨高分辨高分辨 1.GC-MS能做什么？ 2.GC-MS的對象局限性 3.為什么選擇GC-MS？氣相色譜質(zhì)譜分析的應(yīng)用氣相色譜質(zhì)譜分析的應(yīng)用GC-MSGC-MS聯(lián)用分析的聯(lián)用分析的靈敏度高靈敏度高，適合于，適合于低分子化低分子化合物合物( (相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量10001000）的分析，尤其適）的分析，尤其適合于合于揮發(fā)性成分揮發(fā)性成分的分析。的分析。在藥物的

6、生產(chǎn)、質(zhì)量控制和研究中在藥物的生產(chǎn)、質(zhì)量控制和研究中在中藥揮發(fā)性成分的鑒定在中藥揮發(fā)性成分的鑒定食品和中藥中農(nóng)藥殘留量的測定食品和中藥中農(nóng)藥殘留量的測定體育競賽中興奮劑等違禁藥品的檢測體育競賽中興奮劑等違禁藥品的檢測環(huán)境監(jiān)測環(huán)境監(jiān)測（1）分離效率高分離效率高： 復(fù)雜混合物，有機(jī)同系物、異構(gòu)體。手性異構(gòu)體。（2 2） 靈敏度高：靈敏度高： 可以檢測出g.g-1(10-6)級甚至ng.g-1(10-9)級的物質(zhì)量.（3） 分析速度快：分析速度快： 一般在幾分鐘或幾十分鐘內(nèi)可以完成一個試樣的分析。（4 4） 應(yīng)用范圍廣：應(yīng)用范圍廣： 適用于沸點(diǎn)低于400的各種有機(jī)或無機(jī)試樣的分析。 不足之處：不足之

7、處：對高沸點(diǎn)、難揮發(fā)，熱穩(wěn)定性差、化學(xué)性質(zhì)極為活潑或強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)不對高沸點(diǎn)、難揮發(fā)，熱穩(wěn)定性差、化學(xué)性質(zhì)極為活潑或強(qiáng)腐蝕性物質(zhì)不能用能用GCGC測定。應(yīng)用范圍受到限制，在所有的有機(jī)物分析中只有測定。應(yīng)用范圍受到限制，在所有的有機(jī)物分析中只有1520%1520%能能用用GCGC進(jìn)行分離分析。進(jìn)行分離分析。NIST05NIST05庫：庫：163198163198種化合物的譜圖、種化合物的譜圖、CASCAS號、號、分子式等信息分子式等信息 GC-MS的一些概念1.進(jìn)樣量 1-2 uL，進(jìn)樣濃度 1ppm 以下（水、酸、堿不可行）2.分離溫度，約325度以下（由色譜柱決定）3.色譜柱決定分離效果，相似

8、相溶原理4.同系物按碳數(shù)大小順序出峰5.GC-MS可以不基線分離（通過出峰時間和碎片離子定性）6.定量離子只有一個，質(zhì)譜掃描范圍1-700amu7.GC-MS載氣常用He，純度99.999% 。8.GC-MS必須設(shè)置溶劑延遲。GC 柱容量柱容量 (克克)30 ng = 30 x10-9 gMass 分析分析損損失失99.9%氣相色氣相色譜譜操作條件的操作條件的選擇選擇Optimization of GC Column Performance1 載氣（載氣（ Carrier gas）：）：種類，速度種類，速度2 色譜柱（色譜柱（ Column）：）：固定液，柱長固定液，柱長3 柱溫（柱溫（ Co

9、lumn temperature）4 進(jìn)樣量進(jìn)樣量氣相色譜柱氣相色譜柱氣相色譜柱氣相色譜柱填料填料管管填充柱填充柱( (Packed ColumnPacked Column) )融熔石英融熔石英固定液固定液毛細(xì)管毛細(xì)管柱柱( (Capillary ColumnCapillary Column) ) l內(nèi)徑內(nèi)徑( (I.D.I.D.) )2-4 2-4 毫米毫米l長度長度 0.5-5 0.5-5 米米(2 (2 米最常用米最常用) )l填料填料 涂覆有涂覆有0.5-25%0.5-25%固定固定液液的擔(dān)體的擔(dān)體l固定液固定液 理論塔板理論塔板數(shù)數(shù)一般都很小一般都很小l內(nèi)徑（內(nèi)徑（I.D.I.D.）

10、 0.10.1，0.250.25，0.320.32，0.53 0.53 毫米毫米l長度長度 5-100 m5-100 m( (3030 m m最常用最常用) )l材質(zhì)材質(zhì)融熔石英融熔石英l固定液固定液理論塔板理論塔板數(shù)數(shù)一般都較大一般都較大C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12C23 C23 | | C23C23C15 C15 | | C15C15C18 C18 | | C18C18C12 C12 | | C12C12

11、C23 C23 | | C23C23170170等等溫分析溫分析C12-C15 C12-C15 分離分離的的比較好。比較好。高沸點(diǎn)高沸點(diǎn)化合物出峰晚化合物出峰晚和和峰較峰較寬。寬。230230等等溫分析溫分析高沸點(diǎn)高沸點(diǎn)化合物出峰會化合物出峰會比較早。比較早。 The separation of C12-The separation of C12-C15 is poor.C15 is poor.C12-C15 C12-C15 分離的比較差分離的比較差。100 100 -10 -10 /min-280 /min-280 程序升溫分析程序升溫分析 正構(gòu)烷烴出峰間隔正構(gòu)烷烴出峰間隔相等的相等的低沸點(diǎn)

12、的化合物的分離度較好高沸點(diǎn)低沸點(diǎn)的化合物的分離度較好高沸點(diǎn)的化合物出峰也較早的化合物出峰也較早柱溫與分離柱溫與分離的關(guān)系的關(guān)系Isothermal Analysis | 等溫分析等溫分析同系物同系物, ,按按碳數(shù)碳數(shù)從小到大的從小到大的順順序出峰序出峰正構(gòu)醇正構(gòu)醇的混合的混合物物在等溫分析在等溫分析時時，通常，通常出峰早的化合物峰形出峰早的化合物峰形較較尖尖銳銳， ，通常通常出峰晚的化合物峰形出峰晚的化合物峰形較寬較寬乙乙酸酯酸酯類類混合混合物物甲醇甲醇乙醇乙醇正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇乙酸乙酸甲甲酯酯乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸正丙酯乙酸正丙酯碳數(shù)碳數(shù)1保保留留時間時間的的對對數(shù)數(shù)234乙乙酸酯酸酯類

13、類混合混合物物正構(gòu)醇正構(gòu)醇的混合的混合物物同系物同系物的的碳碳數(shù)數(shù) ( ( 沸沸點(diǎn)點(diǎn)) ) 和保和保留留時間時間的的對對數(shù)數(shù)之之間間大致成的大致成的線線性性關(guān)系。關(guān)系。程序升溫分析程序升溫分析同系物同系物中中碳數(shù)的較小碳數(shù)的較小先出峰先出峰正構(gòu)醇正構(gòu)醇的混合的混合物物乙乙酸酯酸酯類類混合混合物物乙酸乙酸甲甲酯酯乙酸乙酯乙酸乙酯乙酸正丙酯乙酸正丙酯含含碳數(shù)碳數(shù)1 1保留時間保留時間2 23 34 4乙乙酸酯酸酯類類混合混合物物正構(gòu)醇正構(gòu)醇的混合的混合物物同系物同系物的的碳碳數(shù)數(shù) ( ( 沸沸點(diǎn)點(diǎn)) ) 和保和保留留時時間之間間之間大致成的線性大致成的線性關(guān)系。關(guān)系。 ( (出出峰時間間隔幾乎相等

14、峰時間間隔幾乎相等) )甲醇甲醇乙醇乙醇正丙醇正丙醇正丁醇正丁醇樣品注入方法樣品注入方法氣體氣體樣品樣品:0.2-1 :0.2-1 毫升毫升 液體的樣品液體的樣品:1-2 uL:1-2 uL注入注入太多太多樣品樣品 -造成峰形變差及進(jìn)樣口污染造成峰形變差及進(jìn)樣口污染注入注入GC GC 的的樣品樣品體積體積各種不同溶劑的汽化各種不同溶劑的汽化體積體積( (在進(jìn)樣口在進(jìn)樣口 250 250 及及 140kPa 140kPa 的情況下）的情況下）溶劑溶劑的閃的閃蒸蒸注入方法注入方法吸吸入樣品前吸入樣品前吸溶劑和適當(dāng)體溶劑和適當(dāng)體積的空氣進(jìn)入注射器積的空氣進(jìn)入注射器, , 而且而且調(diào)整調(diào)整針桿到刻度針

15、桿到刻度。進(jìn)樣口進(jìn)樣口1 12 23 3uLuL0 0溶劑溶劑空氣空氣注射注射1 uL1 uL樣品進(jìn)樣品進(jìn)入入 GC GC 。 溶劑留溶劑留在針在針尖尖部分。部分。1 12 23 3uLuL0 0樣樣品品溶液溶液1 12 23 3uLuL0 0吸入吸入 u uL L樣品樣品空氣空氣1 12 23 3uLuL0 0防止進(jìn)樣誤差測試時使用防止進(jìn)樣誤差測試時使用同同一個注射器，樣品一個注射器，樣品進(jìn)樣進(jìn)樣體積可保持一致體積可保持一致。 因?yàn)橐驗(yàn)槭鞘?( (樣品樣品 + + 少量溶劑少量溶劑) )的方式進(jìn)樣的方式進(jìn)樣, , 峰面積峰面積 ( (包包括溶劑括溶劑) ) 會會變化。變化。定量時定量時必需使

16、用標(biāo)準(zhǔn)曲線必需使用標(biāo)準(zhǔn)曲線。 標(biāo)準(zhǔn)樣品的抽取標(biāo)準(zhǔn)樣品的抽取時需要使時需要使用與用與樣品樣品一樣的方式一樣的方式，操，操作作較麻煩較麻煩。吸空氣進(jìn)入吸空氣進(jìn)入針部分針部分質(zhì)譜儀OutletQuadrupolesQuadrupoles離子源離子源質(zhì)量分析質(zhì)量分析器器檢測器檢測器*Ion formation and collimationIon separation and speciationHigh Vacuum PumpMechanical PumpIon detectionand amplification樣品導(dǎo)入樣品導(dǎo)入真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)Vacuum Manifold離子源離子源 電子轟擊源

17、（電子轟擊源（EIEI）是）是GC-MSGC-MS中最常用的離子源中最常用的離子源 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：譜圖重現(xiàn)性好譜圖重現(xiàn)性好 有較多的碎片離子，提供豐富的結(jié)構(gòu)信息有較多的碎片離子，提供豐富的結(jié)構(gòu)信息靈敏度高靈敏度高 化學(xué)電離源（化學(xué)電離源（CICI）也是）也是GC-MSGC-MS配置的離子源之一配置的離子源之一（軟電離，分子離子峰）（軟電離，分子離子峰） NoImage 相近的峰寬平滑對稱的峰形適當(dāng)?shù)腅M電壓合適的豐度值Low water and air正確的質(zhì)量分配典型的相對豐度自動調(diào)諧報(bào)告合適的同位素比例手動調(diào)諧：檢漏（手動調(diào)諧：檢漏（28,18,32,69）自動調(diào)諧：調(diào)整儀器狀態(tài)自動調(diào)諧：調(diào)

18、整儀器狀態(tài)色譜質(zhì)譜的掃描模式及 其提供的信息色譜色譜- -質(zhì)譜聯(lián)用分析掃描模式質(zhì)譜聯(lián)用分析掃描模式u全掃描（全掃描（full scanningfull scanning）u選擇離子監(jiān)測選擇離子監(jiān)測(SIM)(SIM)色譜質(zhì)譜三維譜色譜質(zhì)譜三維譜 X X坐標(biāo)表示質(zhì)荷比坐標(biāo)表示質(zhì)荷比m m/ /z z，Y Y坐標(biāo)表示時間或坐標(biāo)表示時間或連續(xù)掃描的次數(shù)，連續(xù)掃描的次數(shù)，Z Z坐標(biāo)表示離子流的強(qiáng)坐標(biāo)表示離子流的強(qiáng)度度( (離子豐度離子豐度) )。 全掃描 全掃描是質(zhì)量分析器在給定的時間范圍內(nèi)對給定質(zhì)荷比范圍進(jìn)行無間斷地掃描，獲得樣品中每一個組分（或在某一特定時刻）的全部質(zhì)譜。在這種掃描模式下，可以獲得

19、各種定性和定量信息。總離子流色譜圖（TIC）是總離子流強(qiáng)度隨時間（掃描次數(shù)）變化的色譜圖其中對應(yīng)某一時間點(diǎn)的峰高是該時間點(diǎn)流其中對應(yīng)某一時間點(diǎn)的峰高是該時間點(diǎn)流進(jìn)的組分的所有質(zhì)荷比的離子強(qiáng)度的加和進(jìn)的組分的所有質(zhì)荷比的離子強(qiáng)度的加和。 給出保留給出保留值、峰高值、峰高和峰面積和峰面積提取離子流色譜圖（提取離子流色譜圖（EICEIC質(zhì)譜圖質(zhì)譜圖 將全掃描得到的將全掃描得到的所有碎片離子的質(zhì)荷比與所有碎片離子的質(zhì)荷比與其對應(yīng)的離子流的相對強(qiáng)度作圖其對應(yīng)的離子流的相對強(qiáng)度作圖M+給出總離子流色譜圖上每一個色譜峰的質(zhì)譜給出總離子流色譜圖上每一個色譜峰的質(zhì)譜用途： 用于目標(biāo)化合物檢測和復(fù)雜混合物中雜質(zhì)的

20、定量分析。參數(shù)的設(shè)置： 1 化合物特征離子（ 分子離子、特征碎片離子或重排離子） 定量離子、輔助定量離子 2 離子掃描停留時間 3 質(zhì)量窗口 0.1特點(diǎn)：比全掃描模式有更高的靈敏度，因排除了干擾，峰形較好，提高了信噪比，適于定量分析。 不用于未知物鑒定。選擇離子檢測操作流程： 依次啟動計(jì)算機(jī)、氣相色譜、質(zhì)譜的電源 進(jìn)入化學(xué)工作站 view菜單 tune/vacuum control pump down 24h, 調(diào)諧 設(shè)定儀器操作參數(shù)采樣分析 譜圖檢索 積分定量譜圖檢索應(yīng)注意的問題：譜圖檢索應(yīng)注意的問題：（）（）相似系數(shù)的使用：相似系數(shù)的使用： 90% 比較可靠比較可靠 60% 可靠性較差可靠

21、性較差注：并非匹配率較高的化合物就一定是未知物，異構(gòu)體、同系物和結(jié)注：并非匹配率較高的化合物就一定是未知物，異構(gòu)體、同系物和結(jié) 構(gòu)比較相似的化合物譜圖也比較相似，所以構(gòu)比較相似的化合物譜圖也比較相似，所以匹配率相近。匹配率相近。（2）影響譜圖庫檢索的因素：）影響譜圖庫檢索的因素： A 儀器調(diào)諧方式不對，導(dǎo)致離子相對強(qiáng)度不對；儀器調(diào)諧方式不對，導(dǎo)致離子相對強(qiáng)度不對； B 采集數(shù)據(jù)或處理譜圖時，設(shè)定的檢測質(zhì)量范圍不合適；采集數(shù)據(jù)或處理譜圖時，設(shè)定的檢測質(zhì)量范圍不合適； C 色譜分離不好，得到的不是單一組分的質(zhì)譜圖，而是共流出的混合物譜圖；色譜分離不好，得到的不是單一組分的質(zhì)譜圖，而是共流出的混合物譜圖； D 譜圖處理或選擇不當(dāng)（平均譜、峰頂譜、峰起點(diǎn)譜等）。譜圖處理或選擇不當(dāng)（平均譜、峰頂譜、峰起點(diǎn)譜等）。（3）譜圖分析：）譜圖分析： 計(jì)算分子量、分析碎片離子、研究斷裂方式等。計(jì)算分子量、分析碎片離子、研究斷裂方式等。（4）色譜峰純度判別：）色譜峰純度判別： 自動判別色譜峰純度，解疊共流出組分（自動判別色譜峰純度，解疊共流出組分（Automated mass spectrometry deconvolution and identification system, AMDIS) 8 8、 譜圖檢索譜圖檢索 Library search Library search 作為定性分析的手段