氣相-質(zhì)譜法在職業(yè)衛(wèi)生檢測中應(yīng)用

1、.,GC-MS法在職業(yè)衛(wèi)生檢測中的應(yīng)用,.,要了解,GC-MS是什么？ GC-MS在職業(yè)衛(wèi)生檢測中能做什么? GC-MS在各單位的實(shí)現(xiàn)應(yīng)用如何？,.,質(zhì)譜分析法定義,質(zhì)譜分析法是通過對(duì)被測樣品離子的質(zhì)荷比（m/z）的測定來進(jìn)行分析的一種分析方法。 樣品首先要離子化形成離子 把離子按質(zhì)荷比（m/z）分開而得到質(zhì)譜 通過對(duì)質(zhì)譜的信息得到樣品的定性定量結(jié)果,.,質(zhì)譜的分類,有機(jī)質(zhì)譜儀： 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS） 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS） 基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS） 富立葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS） 無機(jī)質(zhì)譜儀： 火花源雙聚焦質(zhì)譜儀。 感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)

2、譜儀（ICP-MS） 二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）,.,按質(zhì)量分析器的不同分類： 雙聚焦質(zhì)譜儀 四極桿質(zhì)譜儀 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀 離子阱質(zhì)譜儀 傅立葉變換質(zhì)譜儀等,.,質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu),質(zhì)譜儀主要包括如下個(gè)結(jié)構(gòu)： 離子源 質(zhì)量分析器 檢測器 真空系統(tǒng),.,離子源,作用：將欲分析的樣品電離，得到帶有樣品信息的離子 GC-MS儀的離子源有： 電子電離源(Electron Ionization EI) 化學(xué)電離源(Chemical Ionization , CI ) EI和CI源主要用于GC-MS儀，適用于易汽化的有機(jī)物樣品分析。,.,電子電離源(EI),燈絲F與接收極T之間的電壓為70伏 ; 在70ev電子碰

3、撞作用下發(fā)生電離,形成分子離子、碎片離子 、重排離子或分合離子,.,形成離子的途徑,樣品分子被打掉一個(gè)電子形成分子離子 分子離子進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)鍵斷裂形成碎片離子 分子離子發(fā)生結(jié)構(gòu)重排形成重排離子 通過分子離子反應(yīng)生成加合離子,.,.,EI源的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)點(diǎn)：是工作穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)信息豐富，有標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖可以檢索。 缺點(diǎn)：是只適用于易汽化的有機(jī)物樣品分析，并且，對(duì)有些化合物得不到分子離子。,目前絕大多數(shù)的GC-MS儀是采用EI源。,.,化學(xué)電離（CI）,作用過程： 樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應(yīng)氣(通常是甲烷)稀釋，稀釋比例約為103:1，燈絲發(fā)出的電子首先將反應(yīng)氣電離，然后反應(yīng)氣離子與樣品分子

4、進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，并使樣品氣電離。,.,在電子轟擊下，甲烷首先被電離: 進(jìn)入電離源的分子R-CH3大部分與CH5+碰撞產(chǎn)生(M+1)+離子；小部分與C2H5+反應(yīng)，生成(M-1)+離子： 特點(diǎn)：電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡單；準(zhǔn)分子離子(M+1)+峰大,可提供分子量這一種要信息，但由于CI得到的質(zhì)譜不是標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜，所以不能進(jìn)行庫檢索。,.,質(zhì)量分析器,四極桿分析器由四根棒狀電極組成。 電極材料是鍍金陶瓷或鉬合金。 相對(duì)兩根電極間加有電壓（Vdc+Vrf），另外兩根電極間加有-（Vdc+Vrf）。 其中Vdc為直流電壓，Vrf為射頻電壓。 四個(gè)棒狀電極形成一個(gè)四極電場。 在保持Vdc/Vrf不變

5、的情況下，改變Vrf值，對(duì)應(yīng)于一個(gè)Vrf值，四極場只允許一種質(zhì)荷比的離子通過。 Vrf的變化可以是連續(xù)的（SCAN），也可以是跳躍式的(SIM)。,.,檢測器,質(zhì)譜儀的檢測主要使用電子倍增器 ，由四極桿出來的離子打到高能打拿極產(chǎn)生電子，電子經(jīng)電子倍增器產(chǎn)生電信號(hào)，記錄不同離子的信號(hào)即得質(zhì)譜。,.,真空系統(tǒng),質(zhì)譜儀的離子源和分析器都必須處在優(yōu)于10-5 mbar的真空中才能工作 真空狀態(tài)由二級(jí)真空泵實(shí)現(xiàn)，前級(jí)泵是機(jī)械泵，二級(jí)泵為分子渦輪泵（或擴(kuò)散泵）,.,氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS),質(zhì)譜儀有很好的定性能力，但無法對(duì)混合物進(jìn)行分析。 色譜儀具有很好的分離能力，但定性能力很較差。 GC-MS

6、聯(lián)用則能發(fā)揮各自專長，使分離和鑒定同時(shí)進(jìn)行。,.,.,GC-MS檢測得到的信息,總離子色譜圖 質(zhì)譜圖,.,總離子色譜圖：橫座標(biāo)為被分離的各種有機(jī)物，縱座標(biāo)為各有機(jī)物的總離子強(qiáng)度，和氣相色譜圖一樣每種物質(zhì)有固定的保留時(shí)間。,.,質(zhì)譜圖：以質(zhì)荷比m/z為橫座標(biāo)，以對(duì)基峰(最強(qiáng)離子峰，規(guī)定相對(duì)強(qiáng)度為100%)相對(duì)強(qiáng)度（或稱豐度，abundance）為縱座標(biāo)所構(gòu)成的譜圖，稱之為質(zhì)譜圖。,.,GC-MS的定性,得到質(zhì)譜圖后可以通過計(jì)算機(jī)檢索對(duì)未知化合物進(jìn)行定性。 檢索結(jié)果可以給出幾個(gè)可能的化合物。并以匹配度大小順序排列出這些化合物的名稱、分子式、分子量和結(jié)構(gòu)式等。使用者可以根據(jù)檢索結(jié)果和其它的信息，對(duì)未

7、知物進(jìn)行定性分析。 目前應(yīng)用最為廣泛的有NIST庫和Willey庫，前者目前有標(biāo)準(zhǔn)化合物譜圖13萬張，后者有近30萬張。此外還有毒品庫，農(nóng)藥庫等專用譜庫。,.,庫檢測的結(jié)果,.,質(zhì)譜定性的局限性,數(shù)據(jù)庫中所存質(zhì)譜圖有限，某些化合物不能定性； 由于質(zhì)譜法本身的局限性，一些結(jié)構(gòu)相近的化合物其質(zhì)譜圖也相似，給出錯(cuò)誤結(jié)果； 色譜峰分離不好成造定性錯(cuò)誤。,譜圖解析,.,質(zhì)譜解析,從一張化合物的質(zhì)譜圖確定化合物的分子量、分子式和分子結(jié)構(gòu)的過程叫質(zhì)譜解析。 對(duì)于譜庫中不存在的化合物進(jìn)行定性 對(duì)一些結(jié)構(gòu)相近的化合物區(qū)分,.,譜圖解析一般方法,由質(zhì)譜的高質(zhì)量端確定分子離子峰。 由質(zhì)譜的低質(zhì)量端確定特征離子峰。

8、綜合分析提出可能的結(jié)構(gòu)。 結(jié)果驗(yàn)證。,.,分子離子峰的確定,原則上除同位素峰外，分子離子峰是最高質(zhì)量的峰。 但要注意，“醚、胺、脂、酰、胺腈和胺醇的(M+H)+峰”及“芳醛、醇或含氮化合物等的(M-H)+峰”,.,分子離子峰與鄰近峰的質(zhì)量差是否合理 有機(jī)分子失去碎片大小是有規(guī)律的：質(zhì)量差為3、(4-13)、19-25、37、38、50-53、65-66的不是分子離子峰,.,與最大離子相鄰的離子差值為13，不合理 最大離子為74，相鄰的73可以考慮為同位素峰，相鄰為56，高質(zhì)量離子與最大離子的差值合理，可能74為分子離子峰。 最大離子84，最近離子69，也合理，但84不是分子離子峰，其實(shí)84為（

9、M-H2O）該譜圖為己醇的譜圖。,.,分子離子峰應(yīng)符合“氮律”。 在C、H、O組成的化合物中，分子離子峰的質(zhì)量 數(shù)一定是偶數(shù)； 在含C、H、O、N化合物中，含偶數(shù)個(gè)N的分子量為偶數(shù)，含奇數(shù)個(gè)N的分子量為奇數(shù)。 不符合上述3個(gè)規(guī)律者必不是分子離子峰。,.,找出特征峰,研究低質(zhì)量端離子峰，尋找不同化合物斷裂后生成的特征離子和特征離子系列。 例如，正構(gòu)烷烴的特征離子系列為m/z15、29、43、57、71等，烷基苯的特征離子系列為m/z91、77、65、39等。根據(jù)特征離子系列可以推測化合物類型。,.,提出可能的結(jié)構(gòu),根據(jù)化合物的分子量、分子式、樣品來源、物理化學(xué)性質(zhì)等，提出一種或幾種最可能的結(jié)構(gòu)。

10、,.,驗(yàn)證所得結(jié)果,將所得結(jié)構(gòu)式按質(zhì)譜斷裂規(guī)律分解，看所得離子和所給未知物譜圖是否一致； 查該化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，看是否與未知譜圖相同； 尋找標(biāo)樣，做標(biāo)樣的質(zhì)譜圖，與未知物譜圖比較等各種方法。,.,毒鼠強(qiáng)的定性： 分子離子峰240,.,質(zhì)譜的定量,定量的基礎(chǔ)：由GC-MS得到的總離子色譜圖或質(zhì)量色譜圖，其色譜峰面積與相應(yīng)組分的含量成正比。 定量方法：面積歸一化法、外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法等。 可以將質(zhì)譜儀作為色譜儀的檢測器來理解，其余均與色譜法相同。,.,質(zhì)譜的定量,與單純的GC 不同之處： GC-MS法除可以利用總離子色譜圖進(jìn)行定量之外，還可以利用質(zhì)量色譜圖進(jìn)行定量，可以最大限度的去除其它組份干擾（采

11、用萃取離子方法或采用選擇離子掃描的方法）。,.,掃描方式,為了提高檢測靈敏度和減少其它組分的干擾，在GC-MS定量分析中質(zhì)譜儀經(jīng)常采用選擇離子掃描方式。 質(zhì)譜儀掃描方式有兩種： 全掃描（SCAN) 選擇離子掃描(SIM),.,全掃描： 對(duì)指定質(zhì)量范圍內(nèi)的離子全部掃描并記錄，質(zhì)譜圖可以提供未知物的分子量和結(jié)構(gòu)信息。可以進(jìn)行庫檢索。,.,選擇離子掃描 只對(duì)選定的離子進(jìn)行檢測 可提高檢測靈敏度（比全掃描高難100倍） 可排除共存物的干擾 但不能得到完整的質(zhì)譜圖, 不能用來進(jìn)行未知物定性分析。,.,SIM摸式的質(zhì)譜圖：,.,SIM摸式與SCAN摸式靈敏比較：,.,在職業(yè)衛(wèi)生檢測中的應(yīng)用,原料中揮發(fā)性有

12、機(jī)組分的定性及相對(duì)百分含量檢測； 有機(jī)物定量測定； 對(duì)氣相色譜檢測中苯等可疑峰的鑒定； 中毒事故中未知物的鑒定； 三甲氯化錫的檢測；,.,揮發(fā)性有機(jī)組分的定性,儀器： GC-MS儀 HP-5MS柱,60m0.32mm1.25m 10ml頂空瓶 烘箱（水浴箱 1ml進(jìn)樣器,.,色譜條件： 進(jìn)樣口溫度：150 柱溫：初溫50，以10/min升到100，保持5min 用分流進(jìn)樣，分流比為550：1 柱流量（He氣）：1.0ml/min,.,質(zhì)譜條件： 離子源溫度：230 EI電壓：70eV 掃描方式：Scan 掃描范圍：25-350amu,.,樣品采集： 原料種類有膠水、油漆、溶劑等 用1050ml

13、干凈的樣品瓶（玻璃瓶，PTFE涂層蓋 ）采集 為了防止有機(jī)組分的揮發(fā)，樣品瓶應(yīng)盡量裝滿,.,樣品處理： 稱取樣品5g，置于頂空瓶中，擰緊瓶蓋，于35環(huán)境中平衡15min. 吸取頂空瓶內(nèi)氣體0.5ml進(jìn)樣分析。,.,結(jié)果,對(duì)總離子流圖中每個(gè)峰進(jìn)行定性 采用峰面積歸一法進(jìn)行百分比定量,.,結(jié)果報(bào)告,.,方法說明,檢測報(bào)告中注明樣品的處理方式 說明檢測結(jié)果是在本實(shí)驗(yàn)室的條件下得到的 本方法是測定頂空氣中有機(jī)物的相對(duì)百分含量而不是該物質(zhì)的絕對(duì)含量 如果有機(jī)物的相對(duì)百分含量小于0.1%，按“未檢出”處理 如需要對(duì)組分進(jìn)行絕對(duì)量的檢測則可參考GB18583-2002“室內(nèi)裝飾裝修材料膠粘劑中有害物質(zhì)限量”

14、附錄B方法進(jìn)行測定,.,有機(jī)物的定量檢測,質(zhì)譜條件： 離子源溫度：230； EI電壓：70eV； 掃描方式：SIM掃描 溶劑延遲時(shí)間： 選擇被測物的基峰作為定量離子，再選擇2-3個(gè)離子作為定性確認(rèn)離子。,.,樣品處理及測定,原料：稱取一定量的樣品，用乙酸乙酯稀釋后進(jìn)GC-MS分析。 空氣：用二硫化碳解吸活性炭后進(jìn)GC-MS檢測。,.,測定,方法與氣相色譜法完全一樣，把MS當(dāng)作GC的一個(gè)檢測器來使用 外標(biāo)法 內(nèi)標(biāo)法,.,方法說明,GC-MS測定有機(jī)物的方法雖然還不是國家標(biāo)準(zhǔn)方法，但方法的準(zhǔn)確性和靈敏度、精密度等指標(biāo)都非常好。 特別是采用SIM掃描方法式進(jìn)行檢測，靈敏度比GC的FID檢測器還靈敏。

15、 并且MS應(yīng)用范圍更廣，可替代FID、ECD、FPD和NPD檢測器。 比GC單純采用保留時(shí)間定性，GC-MS還可以采用定性離子來進(jìn)行定性，結(jié)果加準(zhǔn)確。 隨著GC-MS的日益普及， GC-MS法也會(huì)被采納為標(biāo)準(zhǔn)方法。,.,中毒事故中未知物的鑒定,1.采集中毒現(xiàn)場使用的原料進(jìn)行定性檢測 2.采集中毒場所空氣進(jìn)行定性和定量檢測 3.采集中毒人員的生物材料進(jìn)行定性和定量檢測,.,三甲基氯化錫，TMT,原理：TMT用四乙基硼酸鈉衍生化成甲基乙基錫化合物，正己烷萃取后用經(jīng)毛細(xì)管氣相色譜分離，質(zhì)譜選擇離子模式（SIM）進(jìn)行定量檢測。,.,樣品采集和保存,空氣采集：采用OVS管或水吸收采集。室溫下至少可保存7天，-4下可保14天。 尿樣采集：尿樣的采集：用聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）或聚四氟乙烯（PTFE）材質(zhì)的塑料離心管，采集1050mL的尿樣。,.,樣品處理： OVS管：將OVS管中的玻璃纖維濾膜和ADX-2樹脂移置15ml衍生瓶中加入5ml的1醋酸乙腈 吸心液（水）：取5ml吸收液加入到15mL的衍生瓶中 尿樣：尿樣搖勻，吸取5mL尿樣加入到15mL的衍生瓶中 再向衍生瓶中加入： 5ml乙酸鈉-冰醋酸緩沖液（pH 4.0）和0.2ml的1% (w/v) 四乙基硼酸鈉衍生劑，再加入2 ml正己烷萃取劑，旋渦振蕩