您好, 歡迎來到化工儀器網(wǎng)
GC-MS基本知識-青島博惠永創(chuàng)
氣質(zhì)聯(lián)用儀
氣質(zhì)聯(lián)用儀是指將氣相色譜儀和質(zhì)譜儀聯(lián)合起來使用的儀器。質(zhì)譜法可以進行有效的定性分析，但對復雜有機化合物的分析就顯得無能為力；而色譜法對有機化合物是一種有效的分離分析方法，特別適合于進行有機化合物的定量分析，但定性分析則比較困難。因此，這兩者的有效結(jié)合必將為化學家及生物化學家提供一個進行復雜有機化合物高效的定性、定量分析工具。像這種將兩種或兩種以上方法結(jié)合起來的技術(shù)稱之為聯(lián)用技術(shù)，將氣相色譜儀和質(zhì)譜儀聯(lián)合起來使用的儀器叫做氣-質(zhì)聯(lián)用儀。
基本應(yīng)用
氣質(zhì)聯(lián)用儀被廣泛應(yīng)用于復雜組分的分離與鑒定，其具有GC的高分辨率和質(zhì)譜的高靈敏度，是生物樣品中藥物與代謝物定性定量的有效工具。質(zhì)譜儀的基本部件有：離子源、濾質(zhì)器、檢測器三部分組成，它們被安放在真空總管道內(nèi)。接口：由GC出來的樣品通過接口進入到質(zhì)譜儀，接口是氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。
GC-MS主要由以下部分組成：色譜部分、氣質(zhì)接口、質(zhì)譜儀部分（離子源、質(zhì)量分析器、檢測器）和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
一、色譜部分
色譜部分和一般的色譜儀基本相同，包括柱箱、氣化室和載氣系統(tǒng)。除特殊需要，多數(shù)不再裝檢測器，而是將MS作為檢測器。此外，在色譜部分還帶有分流／不分流進樣系統(tǒng)，程序升溫系統(tǒng)，壓力、流量自動控制系統(tǒng)等。色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個組分，然后進入質(zhì)譜儀進行鑒定。色譜儀是在常壓下工作，而質(zhì)譜儀需要高真空，因此，如果色譜儀使用填充柱，必須經(jīng)過一種接口裝置-分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質(zhì)譜儀。如果色譜儀使用毛細管柱，因為毛細管中載氣流量比填充柱小得多，不會破壞質(zhì)譜儀真空，可以將毛細管直接插入質(zhì)譜儀離子源。
二、氣質(zhì)接口
氣質(zhì)接口是GC到MS的連接部件。見的連接方式是直接連接法，毛細管色譜柱直接導入質(zhì)譜儀，使用石墨墊圈密封（85%Vespel+15%石墨），接口必須加熱，防止分離的組分冷凝，接口溫度設(shè)置一般為氣相色譜程序升溫高值。
三、質(zhì)譜儀部分
質(zhì)譜儀既是一種通用型的檢測器，又是有選擇性的檢測器。它是在離子源部分將樣品分子電離，形成離子和碎片離子，再通過質(zhì)量分析器按照質(zhì)荷比的不同進行分離，后在檢測器部分產(chǎn)生信號，并放大、記錄得到質(zhì)譜圖。
1、離子源
離子源的作用是接受樣品產(chǎn)生離子，常用的離子化方式有:
電子轟擊離子化(electron impact ionization，EI)EI是的一種離子源，有機分子被一束電子流(能量一般為70eV)轟擊，失去一個外層電子，形成帶正電荷的分子離子(M+)，M+進一步碎裂成各種碎片離子、中性離子或游離基，在電場作用下，正離子被加速、聚焦、進入質(zhì)量分析器分析。
EI特點:
⑴、結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
⑵、圖譜具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供較多信息，對化合物的鑒別和結(jié)構(gòu)解析十分有利。
⑶、所得分子離子峰不強，有時不能識別。
本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。
化學離子化(chemicalionization，CI)將反應(yīng)氣(甲烷、異丁烷、氨氣等)與樣品按一定比例混合，然后進行電子轟擊，甲烷分子先被電離，形成一次、二次離子，這些離子再與樣品分子發(fā)生反應(yīng)，形成比樣品分子大一個質(zhì)量數(shù)的(M+1) 離子，或稱為準分子離子。準分子離子也可能失去一個H2，形成(M-1)離子。
CI特點
⑴、不會發(fā)生象EI中那么強的能量交換，較少發(fā)生化學鍵斷裂，譜形簡單。
⑵、分子離子峰弱，但(M+1) 峰強，這提供了分子量信息。
3、場致離子化(fieldionization，F(xiàn)I) 適用于易變分子的離子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、類等。能產(chǎn)生較強的分子離子峰和準分子離子峰。
場解吸離子化( field desorption ionization，F(xiàn)D) 用于極性大、難氣化、對熱不穩(wěn)定的化合物。
負離子化學離子化(negative ion chemical ionization，NICI)是在正離子MS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種離子化方法，其給出特征的負離子峰，具有很高的靈敏度(10-15g)。
2、質(zhì)量分析
其作用是將電離室中生成的離子按質(zhì)荷比(m/z)大小分開，進行質(zhì)譜檢測。常見質(zhì)量分析器有:
四極質(zhì)量分析器(quadrupole analyzer)
原理:由四根平行圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上直流電壓和一定頻率的交流電壓。樣品離子沿電極間軸向進入電場后，在極性相反的電極間振蕩，只有質(zhì)荷比在某個范圍的離子才能通過四極桿，到達檢測器，其余離子因振幅過大與電極碰撞，放電中和后被抽走。因此，改變電壓或頻率，可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達檢測器，被分離檢測。
扇形質(zhì)量分析器
磁式扇形質(zhì)量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被電場加速的離子進入磁場后，運動軌道彎曲了，離子軌道偏轉(zhuǎn)可用公式表示:當H，V一定時，只有某一質(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。
特點:分辨率低，對質(zhì)量同、能量不同的離子分辨較困難。
雙聚焦質(zhì)量分析器(double-focusing massassay)由一個靜電分析器和一個磁分析器組成，靜電分析器允許有某個能量的離子通過，并按不同能量聚焦，先后進入磁分析器，經(jīng)過兩次聚焦，大大提高了分辨率。
3、檢測器
離子阱檢測器(ion trap detector)
原理類似于四極分析器，但讓離子貯存于井中，改變電極電壓，使離子向上、下兩端運動，通過底端小孔進入檢測器。
檢測器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號，并將信號放大，常用檢測器是電子倍增器。當離子撞擊到檢測器時引起倍增器電極表面噴射出一些電子，被噴射出的電子由于電位差被加速射向第二個倍增器電極，噴射出更多的電子，由此連續(xù)作用，每個電子碰撞下一個電極時能噴射出2~3個電子，通常電子倍增器有14級倍增器電極，可大大提高檢測靈敏度。
4、真空系統(tǒng)
由于質(zhì)譜儀必須在真空條件下才能工作，因此真空度的好壞直接影響了氣質(zhì)聯(lián)用儀的性能。一般真空系統(tǒng)由兩級真空組成，前級真空泵和高真空泵。前級真空泵的主要作用是給高真空泵提供一個運行的環(huán)境，一般為機械旋片泵。高真空泵主要有油擴散泵和渦輪分子泵，目前主要應(yīng)用的是渦輪分子泵
主要性能指標
氣質(zhì)聯(lián)用儀的整體性能指標主要有以下幾個：質(zhì)量范圍、分辨率、靈敏度、質(zhì)量準確度、掃描速度、質(zhì)量軸穩(wěn)定性、動態(tài)范圍。
質(zhì)量范圍指的是能檢測的低和高質(zhì)量，決定了儀器的應(yīng)用范圍，取決于質(zhì)量分析器的類型。四極桿質(zhì)量分析器的質(zhì)量范圍下限1~10，上限500~1200。
分辨率是指質(zhì)譜分辨相鄰兩個離子質(zhì)量的能力，質(zhì)量分析器的類型決定了質(zhì)譜儀的分辨能力。四極桿質(zhì)量分析器的分辨率一般為單位質(zhì)量分辨力。
靈敏度：氣質(zhì)聯(lián)用儀一般采用八氟萘作為靈敏度測試的化合物，選擇質(zhì)量數(shù)272的離子，以1pg八氟萘的均方根（RMS）信噪比來表示。靈敏度的高低不僅與氣質(zhì)聯(lián)用儀的性能有關(guān)，測試條件也會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響。
質(zhì)量準確度為離子質(zhì)量測定的準確性，與分辨率一樣取決于質(zhì)量分析器的類型。四極桿質(zhì)量分析器屬于低分辨質(zhì)譜，質(zhì)量準確度為0.1u。
掃描速度定義為每秒鐘掃描的大質(zhì)量數(shù)，是數(shù)據(jù)采集的一個基本參數(shù)，對于獲得合理的譜圖和好的峰形有顯著的影響。
質(zhì)量軸穩(wěn)定性是指在一定條件下，一定時間內(nèi)質(zhì)量標尺發(fā)生偏移的程度，一般多以24h內(nèi)某一質(zhì)量測定值的變化來表示。
動態(tài)范圍決定了氣質(zhì)聯(lián)用儀的檢測濃度范圍。
測定方法
總離子流色譜法(total ionization chromatography，TIC)--類似于GC圖譜，用于定量。l反復掃描法(repetitive scanningmethod，RSM)--按一定間隔時間反復掃描，自動測量、運算，制得各個組分的質(zhì)譜圖，可進行定性。l質(zhì)量色譜法(masschromatography，MC)--記錄具有某質(zhì)荷比的離子強度隨時間變化圖譜。在選定的質(zhì)量范圍內(nèi)，任何一個質(zhì)量數(shù)都有與總離子流色譜圖相似的質(zhì)量色譜圖。
選擇性離子監(jiān)測(selected ion monitoring，SIM)--對選定的某個或數(shù)個特征質(zhì)量峰進行單離子或多離子檢測，獲得這些離子流強度隨時間的變化曲線。其檢測靈敏度較總離子流檢測高2~3個數(shù)量級。
質(zhì)譜圖--為帶正電荷的離子碎片質(zhì)荷比與其相對強度之間關(guān)系的棒圖。質(zhì)譜圖中峰稱為基峰，其強度規(guī)定為100%，其它峰以此峰為準，確定其相對強度。