质谱和气相色谱-质谱联用.ppt

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1、1第十三章第十三章 质谱分析法质谱分析法 Chapter13.massspectrometry，MSp 13.1 质谱仪p 13.2 气相色谱-质谱联用仪 (GC-MS)p13.3 液相色谱-质谱联用仪 (HLPC-MS)p 13.4电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)2313.1 质谱仪13.1 massspectrometer413.1.1质谱仪定义与分类13.1.2质谱仪原理13.1.3质谱仪基本组成13.1.4质谱仪性能指标13.1.5质谱联用技术13.1.6质谱术语及主要离子峰类型13.1.7质谱解析质谱图与结构解析513.1.1 13.1.1 质谱仪定义质谱仪定义p质谱仪是按照离子

2、的质荷比(m/z)不同,来分离不同分子量的分子.测定分子量进行成分和结构分析。p离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子发射,质子化或去质子化)p分子质量精确测定与化合物结构分析质量精确测定与化合物结构分析的重要工具。6 无机质谱仪无机质谱仪同位素机质谱仪同位素机质谱仪有机质谱仪有机质谱仪质谱仪质谱仪 火花源双聚焦质谱仪火花源双聚焦质谱仪 二次离子质谱仪二次离子质谱仪（SIMS）感应耦合等离子体质谱仪（感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）气体同位素质谱仪气体同位素质谱仪放射性同位素质谱仪放射性同位素质谱仪 液相色谱液相色谱-质谱联用仪（质谱联用仪（LC-MS）气相色谱气相色谱-质谱联用仪（质

3、谱联用仪（GC-MS）富立叶变换质谱仪（富立叶变换质谱仪（FT-MS）13.1.2 质谱仪基本分类71.气体扩散2.直接进样3.气相色谱4.液相色谱1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光 1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间4.四极杆 质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10-5 Pa）质量分析器（10-6 Pa）(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；(3)引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。13.1.2 质谱仪基本组成813.1.2 进样系统p要求：大气压下的样品要进入高真空的质谱仪，而不影响仪器的真空度。p方式：进样板进样进样

4、头进样毛细管进样（从气相色谱及液相色谱柱）913.1.2 质谱仪基本组成离子源主要作用是使欲分析的样品实现离子化，尤其是中性物质带上电荷。其原理和结构如下图：1.电子电离源 Electron Ionization (EI)源 2.化学电离源 Chemical Ionization(CI)源101.电子电离源（离子源EI）+:R1:R2:R3:R4:e+样品分子电离过程p质谱中最常用的离子源，一般为70ev电子束，远大于多数有机化合物的电离电位（715ev），会使相当多的分子离子进一步裂解p主要用于挥发性样品，样品需经过汽化,进入电离区，在70eV电子撞击下，样品分子可能有四种不同途径形成离子。

5、p样品分子直接与电子作用11 电子电离源中分子离子及碎片离子的形成电子电离源中分子离子及碎片离子的形成形成分子离子形成分子离子裂解成碎片离子裂解成碎片离子裂解重排裂解重排裂解碰撞裂解碰撞12p 电子电离源的特点：电子电离源的特点：（1）电离电压：70eV（3）EI源碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库。（4）样品在气态下电离，不能汽化的样品不能分析，主要用于气-质联用仪。（5）有些样品得不到分子离子。（6）适用于分子量低于1000的样品。8.2 质谱仪器质谱仪器PAHs测定一般用测定一般用EI132.2.化学电离源（化学电离源（CICI）:p有些化合物稳定性差，为了得到分子量可采用化学

6、电离pCI源是通过离子分子反应而完成的；EI电离是电子直接与样品分子作用；p反应气：一般为甲烷、正丁烷或氨气等，生成(M+H)+，(M-H)+，(M+NH4)+。PBDEs和和OCPs测定一般用测定一般用CI1415化学电离源化学电离源p优点：优点：准分子离子强度高，便于推算分子量；准分子离子强度高，便于推算分子量；p缺点：缺点：只适用于易挥发，受热不分解的样品只适用于易挥发，受热不分解的样品碎片离子峰少，强度低碎片离子峰少，强度低16p作用：是质谱仪器的核心，将离子按m/z顺序分开而获得质谱。质量分析器是质谱仪的核心部件，因此常以质量分析器的类型来命名一台质谱仪。p有机质谱仪种类 1.单聚焦

7、质量分析器2.双聚焦质量分析器3.四级杆质量分析器4.离子阱分析器5.回旋共振分析器6.分析时间分析器13.1.2 13.1.2 质谱仪基本组成质谱仪基本组成质量分析器质量分析器1.质量分析器单聚焦质量分析器p单聚焦质量分析器实际上是处于扇形磁场中的真空扇形容器，因此，也称为磁扇形分析器。p常见的单聚焦分析器是采用180、90或60的圆弧形离子束通道。17单聚焦质量分析器原理图单聚焦质量分析器原理图18特点：特点：方向聚焦方向聚焦；相同质荷比，以不同方向进入扇形磁分析器的离子有会聚作用，起到了方向聚焦的作用，而且仅有方向聚焦，故称为单聚焦质量分析器能量不聚焦能量不聚焦分辨率不高分辨率不高收集器

8、收集器离子源离子源BS1S2磁场磁场R1.单聚焦质量分析器192.质量分析器双聚焦质量分析器双聚焦质量分析器：由一个静电分析器和一个磁分析器组成，静电分析器允许有某个能量的离子通过，并按不同能量聚焦，先后进入磁分析器，经过两次聚焦，大大提高了分辨率。对于能量相同的离子，通过扇形静电场分析器后又会聚在一起，在分析器的焦面上按能量高低的次序排列起来，实现了能量（或速度）的聚焦。20然后，经过狭缝进入磁分析器，再进行m/z方向聚焦。这种同时实现速度和方向双聚焦的分析器，称为双聚焦分析器。具有双聚焦质量分析器的质谱仪称为双聚焦质谱仪。单聚焦分析器分辨率低的单聚焦分析器分辨率低的 主要主要原因在于它不能

9、进行原因在于它不能进行 能量聚焦。能量聚焦。双聚双聚焦分析器具有能量聚焦和焦分析器具有能量聚焦和方向聚焦的特点方向聚焦的特点 212.特点离子源收集器磁场磁场电场电场S1S2+-能量聚焦：能量聚焦：相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚；方向聚焦：方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；双聚焦质量分析器的最大优点是大大提高了仪器的分辨率，可达双聚焦质量分析器的最大优点是大大提高了仪器的分辨率，可达15万，万，甚至上百万。甚至上百万。22 3.四极杆分析器四极杆分析器(quadrupole mass analyzer)p 结构:由四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场 1，3棒：+(

10、Vdcdc+Vrf rf)2，4棒：-(Vdc+Vrf)其中，Vdc为直流电压，Vrf为射频电压p 材料：由镀金陶瓷或钼合金p 特点：灵敏度高 使用电场而不用磁场,无磁滞现象,扫描速度快 适用于GC-MS与HPLC-MS。在四根对立的电极上相对采用对位的交频电压，通过固定频率的交频电压使固定核质比的离子可以通过。233.3.四极杆质量分析器四极杆质量分析器24在一定在一定Vdcdc/Vrf作用下，具有一定的m/z的离子能到达收集器，其它离子被滤掉。25 4.4.离子阱分析器离子阱分析器 (Ion trap)(Ion trap)离子阱的主体是一个环电极和上下两端盖电极，环电极和上下两端盖电极都是

11、绕Z轴旋转的双曲面，并满足r02=2Z02。26 4.4.离子阱分析器离子阱分析器 (Ion trap)(Ion trap)一种通过电场或磁场将气相离子控制并贮存一段时间的装置。原理：类似四级质量分析器。特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器；即：用高频交流电把离子限制在离子阱里，然后用离子的特征电压分别将其推出离子阱，到检测器检测。27285.5.飞行时间分析器飞行时间分析器(time-of-flight analyzer(time-of-flight analyzer,TOF）V,L不变时，不变时，t由由m/e决定决定一般，一般，1-30 s

12、这种分析器不是磁场或电场，而是一根长、直的飞行管。这种分析器不是磁场或电场，而是一根长、直的飞行管。用一个脉冲将离子源产生的离子加速后进入用一个脉冲将离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，移管，并以恒定速度飞向离子并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/zm/z值大小进行分离值大小进行分离。29作为一种高分辨质谱被广泛应用于作为一种高分辨质谱被广泛应用于GC-MSGC-MS，LC

13、-MSLC-MS和和ICP-MSICP-MS所以飞行时间质谱仪是采用脉冲式的程序操作，分为几步反复进行：第一步 开动电离室的电子枪，大约10-9s时间，样品电离，形成离子束；第二步 随后施加加速电压，大约10-4s，离子被加速后进入飞行管；第三步 关闭所有电源，大约级，使离子流在飞行管中无阻的“慢性飞行”，飞出管进行检测；完成了一个循环程序后，又一次开动电子枪重新产生离子束 30（三）检测器(detector)1电子倍增器electronphotonmultiplier2光子倍增器photonmultiplier3法拉第杯Faradaycup4阵列检测器arraydetectorsp质谱仪检测

14、器种类：质谱仪检测器种类：p质谱仪检测器特征：质谱仪检测器特征：信号增益与检测器电压有关提高检测器电压可以提高灵敏度，但降低检测器寿命31从质量分析器出来的离子轰击阴极导致电子发射，电子在电场的作用下，依次轰击下一级电极而被放大，电子倍增器的放大倍数一般在105108。电子倍增器中电子通过的时间很短，利用电子倍增器可以实现高灵敏、快速测定。电子倍增器工作原理图1 电子倍增器32类似于光电倍增管，。由四级杆出来的离子打到高能级产生电子，电子经倍增器产生电信号，记录不同离子的信号即得质谱。（四）离子流的记录33各种各种m/e的离子流，经检测器检测变成电信号，放大后由的离子流，经检测器检测变成电信号

15、，放大后由计算机采集和处理后，记录为质谱图或用示波器显示。计算机采集和处理后，记录为质谱图或用示波器显示。质谱图是以质荷比（质谱图是以质荷比（m/e）为横坐标，以各离子）为横坐标，以各离子m/e的相的相对强度（也称丰度）为纵坐标构成。一般把原始图上最对强度（也称丰度）为纵坐标构成。一般把原始图上最强的，离子峰定为基峰，并定其为相对强度强的，离子峰定为基峰，并定其为相对强度100%，其他，其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。因而，质谱图各离离子峰以对基峰的相对百分值表示。因而，质谱图各离子峰为一些不同高度的直线条，每一条直线代表一个离子峰为一些不同高度的直线条，每一条直线代表一个离子子m/e的质

16、谱峰。的质谱峰。丙酸的质谱标与质谱图丙酸的质谱标与质谱图34（1）分辨率分辨率是指仪器对质量非常接近的两种离子的分辨能力。一般定义是：对两个相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰高10%时，则认为两峰已经分开，其分辨率：其中其中m1、m2为质量数，且为质量数，且m1m2，故在两峰质量数较，故在两峰质量数较小时，要求仪器分辨率越大。小时，要求仪器分辨率越大。13.1.3 质谱仪主要性能指标p例题要鉴别N2+(m/z为28.006)和CO+(m/z为27.995)两个峰，仪器的分辨率至少是多少？3536（2）质量范围质量范围是指质谱仪能测量的最大m/z值，它决定仪器所能测量的最大相对分子量。四

17、极质谱 M/Z小于或等于1000飞行时间质谱 M/Z可达到几十万（3）灵敏度指信噪比大于10时的样品量。13.1.3 质谱仪主要性能指标376.真空系统p作用：保证离子源灯丝正常工作保证离子在离子源和分析器正常运行消减不必要离子碰撞、衍射效应、复合反应和离子-分子反应减少本底与记忆效应p质谱仪必须有真空系统离子源的真空度应达到10-3-10-5Pa，质量分析器应达到10-6Pa。质谱仪器中凡有样品分子和离子的地方必须抽成真空状态，即质谱仪的离子源、质量分析器及检测系统都必须处于真空状态下工作（一般为1.33310-41.33310-6Pa）38 质谱仪分析原理质谱仪分析原理离子源是使试样分子在

18、高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。质谱联用技术39两种或多种仪器分析方法结合起来的技术称为联用技术，利用联用技术的主要有色谱质谱联用、毛细管电泳质谱联用、质谱质谱联用，其主要问题是如何解决与质谱相连的接口及相关信息的高速获取与贮存等问题。1.色谱质谱联用色谱色谱质谱联用技术，必须解决的主要问题有两大方质谱联用技术

19、，必须解决的主要问题有两大方面：面：是如何实现接口，降低压力使色谱柱的出口与是如何实现接口，降低压力使色谱柱的出口与质谱的进样系统连接，达到两部分速度的匹配；质谱的进样系统连接，达到两部分速度的匹配；是是必须除去色谱中大量的流动相分子。必须除去色谱中大量的流动相分子。气相色谱质谱联用技术（GCMS联用）GC是在常压下工作，而MS是在高真空下工作，因此，必须有一个连接装置，将色谱柱流出的载气除去，使压强降低，样品分子进入离子室。这个连接装置叫做分子分离器。40分子分离器分子分离器液相色谱质谱联用（LCMS联用）41对于热稳定性差、不易汽化的样品，GCMS联用有一定的困难。因此，近年来又发展了液相

20、色谱质谱联用技术。LC分离要使用大量的液态流动相，如何有效地除去流动相而不损失样品，是LCMS联用的难题之一。目前应用较多的有两种接口装置。LC-MS用传送带联接装置用传送带联接装置42热喷雾接口热喷雾接口431、质谱术语基峰：基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度或相对丰度为100.质荷比：质荷比：离子的质量与所带电荷数之比，用m/z或m/e表示。四、质谱术语及主要离子峰类型442 2、主要离子峰的类型、主要离子峰的类型（1 1）分子离子峰：）分子离子峰：分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子离子的质量与化合物的分子量相等。45（2）分子离子的判断 由C，H，O 组成的有机化合物

21、，分子离子峰 一定是偶数。由C，H，O，N 组成的有机化合物，含奇数个N，分子离子峰是奇数。由C，H，O，N 组成的有机化合物，含偶数个N，分子离子峰为 偶数。l规则l一般在质谱的最右端46例如：CH4 M=1612C+1H4=16 M13C+1H4=17 M+112C+2H+1H3=17 M+113C+2H+1H3=18 M+2同位素峰分子离子峰（3 3）同位素离子峰（）同位素离子峰（MM+1+1峰）峰）由元素的重同位素构成的离子叫做同位素离子；它们在质谱图上总是出现在相应的分子离子或碎片离子的右侧。由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有 时还可以观察到M+2，M+3。

22、；1615m/z RA13.1121.0133.9149.2158516100171.147（4）碎片离子峰 一般有机化合物的电离能为一般有机化合物的电离能为7 71515电子伏特，质谱中常用的电离电电子伏特，质谱中常用的电离电压为压为7070电子伏特，使结构裂解，产生各种电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片碎片”离子。离子。正正己己烷烷48碎片离子峰 分子离子裂解所生产的产物离子。正癸烷正癸烷49碎片离子峰碎片离子峰50（一）质谱中的反应和机理13.1.5 质谱解析质谱图与结构解析p 裂解反应中电子转移方式p 裂解反应p 氢重排p 置换反应p 消除反应p 影响裂解反应的因素5113.1.5

23、质谱解析质谱图与结构解析（二）常见官能团的裂解模式 1、烷烃 a.直链烷烃52p正构烷烃的裂解规律：（1）直链烷烃显示弱的分子离子峰；（2）质谱特征是具有质量相差14（CH2）单位的CnH2n+1系列；（3）各峰簇的顶端形成一平滑线，最高点在C3或C4，碎片离子C3以上强度递减，因为碎片可继续分裂；+CH38553 b.支链烷烃（1）支链烷的分子离子峰较支链烷烃降低；（2）在支链处易断裂，优先失去大基团，正电荷留在多支链的碳上，产生CnH2n+1离子；（3）在支链处的断链，伴随有失去单个氢的倾向，产生较强的CnH2n，有时可强于相应的CnH2n+1离子。+CH3例如5-甲基十五烷C10H21C

24、HC4H95455c.环烷烃环烷烃（1）由于环的存在，分子离子峰的强度会增加；（2）通常在环的支链处断裂，给出CnH2n+1离子，也伴随氢原子的失去，有较强的CnH2n峰；（3）环的碎花特征是失去C2H4（也可能失去C2H5）。56572 2、烯烃、烯烃（1）双键的引入，可增加分子离子峰的强度；（2）烯丙基分裂是最主要的裂解方式，仍形成间隔14质量单位的一系列峰簇，但峰簇内最高峰为CnH2n+1（3）分子中双键可发生位置偏移，易发生烯丙断裂，生成很强的烯丙离子CH2=CH CH2M/Z=41CH2=CH RR CH2 CH2 CH2 CH=CH2+583.3.炔烃炔烃（1）分子离子峰较强；（2

25、）类似烯烃的炔丙基分裂，炔的a-断裂产生m/z 39（3）端位炔易脱去H.，形成很强的M-1峰59604.4.芳烃芳烃p 烷基取代苯（1）分子离子峰强；（2）简单的断裂形成苄基离子C7H7+，m/z 91的峰一般很强；(3）当相对苯环存在氢时，易发生重排，m/z 92的峰有相当强度。(4）苯环碎片离子依次失去C2H2，化合物含苯环时，一般可见m/z 39，51，65，77等。61C2H2-26C2H2 -26M/Z91M/Z91M/Z39M/Z656239 65 91 92 M/Z 63二、杂原子的质谱(1)醇和酚醇类（1）杂原子存在，形成M/Z 31的离子和M1的离子；（2）失水生成M18离

26、子。CH3CH2OH（M/Z 46）CH2=OH M/Z 31CH3CH2OH（M/Z 46）CH3CH=OH M/Z 4564C3H7 CH CH3OHC3H7CHOHCHCH3OHM/Z=73M/Z=45M/Z=88M-H2OM-CH3M-1M45 70 73 8865酚类：（1）失去 C=OM/Z28（2）失去 H2OM/Z18（3）具有苯的特征66（2）醛、酮、醚辛酮4CH3CH2CH3CCH2CH2CH2CH3OM/Z12843715785M/Z1288571574367醚类乙基异丁基醚CH3CH2CHOCH2CH3CH3断裂断裂68（3）卤素化合物RX +R+X RCH2X+R +

27、CH2=X+如果是长链烃类，则可能有下列途径69（4）胺类CH3（CH2）8CH2NH2+CH3（CH2）8.CH2=NH2+M/Z=30醇、醚、酮等化合物均为此分裂。7013.2 气相色谱-质谱联用仪13.2 Mass spectrometer and mass spectrometry7113.2.1 13.2.1 气相色谱气相色谱-质谱联用仪质谱联用仪13.2.2 13.2.2 气相色谱气相色谱-质谱联用仪主要组成质谱联用仪主要组成13.2.3 13.2.3 与色谱与色谱-质谱有关的基础知识质谱有关的基础知识13.2.4 13.2.4 气相色谱气相色谱-质谱定性与定量方法质谱定性与定量方

28、法13.2.5 13.2.5 气相色谱气相色谱-质谱分离操作条件优化及质谱分离操作条件优化及维修和保养维修和保养7273一、一、GC-MS联用仪器联用仪器 hyphenated technology of GC-MSSampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph(GC)Mass SpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS747576气相色谱：化合物分离，被分离组分的定性较为

29、困难。但是它为化合物气相色谱和质谱分析技术建立方法；质 谱：纯物质结构分析气相色谱-质谱联用（GC-MS)：可同时完成待测组分的分离和鉴定 7713.2.2 13.2.2 气相色谱气相色谱-质谱联用仪主要组成质谱联用仪主要组成Main accessmbly of hyphenated methods of GC-MSMain accessmbly of hyphenated methods of GC-MS1.气相色谱仪；(1)载气系统；(2)进样系统；(3)柱分离系统；(4)气相色谱检测器;(5)控温系统2.气相色谱质谱联用仪的进样系统和 GC-MS中的 分子分离器3.质谱仪 (1)离子源;

30、(2)质量分析器;(3)质谱仪检测器4.谱图数据再现形式5.NIST最新版数据库 781.气相色谱仪（1）对载气选择的要求l 必须是化学惰性的l 必须不干扰质谱图l 必须不干扰总离子流的检测l 应具有使载气气流中的样品富集的某种特性13.2.3 13.2.3 与色谱与色谱-质谱有关的基础知识质谱有关的基础知识79 载气种类的选择应考虑载气种类的选择应考虑三个方面三个方面：载气对柱效的影响、检：载气对柱效的影响、检测器要求及载气性质。测器要求及载气性质。气相色谱对气相色谱对载气的基本要求载气的基本要求：（a a）纯净）纯净:过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、过活性炭或分子筛净化器，除去载

31、气中的水分、氧等有害杂质氧等有害杂质。（b b）稳定）稳定 :用稳压阀或双气路方式：用稳压阀或双气路方式：（c c）常用的）常用的载载气：气：氮气氮气氢氢气气氦气氦气 氩氩气气80p 分流分流(split)split)允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。当被测物浓度较高时。p 不分流不分流(splitless)splitless)类似于直接进样.样品中绝大部分进入到色谱柱中。（2）进样系统分流分流/不分流不分流 模式模式81假设进样量为1uL:若采用不分流方式的话，这1 uL的溶剂及样品都能经气化后进入到毛细管内进行分离；若采用分流方式，就得设定一个分流比，比如分流比是50:50的话，那么在气

32、化后只有一半的溶剂和样品进入到毛细管柱中进行分离。p在实际工作中,不分流进样的应用远没有分流进样普遍,只是在分流进样不能满足分析要求时(主要是灵敏度要求),才考虑使用不分流进样。p痕量污染物的检测采用不分流进样82p衬管的作用：加速样品气化，防止未气化的杂质沾到加热器上，避免固体物质进入色谱柱；保护色谱柱：不挥发组分滞留在衬管内。但当污染物积攒到一定量时，会吸附样品造成峰拖尾/分裂或出现鬼峰。（2）进样系统玻璃衬管是气化室的一部分，进样的物质在这里加热气化。83p分离柱老化的目的：分离柱老化的目的：l除去涂固定液时残留的溶剂l除去交联不全或聚合度低的小分子化合物l使固定液均匀铺展l对于旧柱子，

33、除去残留物p分离柱老化的方法分离柱老化的方法：1.气相色谱仪（3）柱分离系统84p 分离柱老化的方法分离柱老化的方法：85老化方法：老化温度：即将柱子在比其工作过程中的最高使用温度高25左右通载气加热几小时。为防止污染检测器，需将柱出口与检测器脱离直接引至室外。在老化过程中，填料中残存的溶剂以及固定相中可能存在的低沸点组分随载气流出。86p柱长和柱内径的选择 长度可根据需要确定。增加柱长对分离度有利，但会使组分的保留时间增加，且柱阻力增加，不便操作。柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提下，尽可能选用较短的柱。87p柱温确定柱温确定 柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流失）和最

34、低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范围之内。对易挥发样用低柱温，不易挥发的样品采用高柱温。一般选择的基本原则是：在使最难分离的组分有尽可能好的分离高度的前提下，尽可能采取较低温度，但以保留时间适宜及不拖尾为宜。高沸点混合物（高沸点混合物（200400），若需在较低的柱温下），若需在较低的柱温下分析，柱温可比沸点低分析，柱温可比沸点低100 100 150 150，在，在200 200 250 250 的柱温下分析。的柱温下分析。沸点沸点300300的样品，柱温可比平均沸点低的样品，柱温可比平均沸点低5050至平均沸至平均沸点的范围选择。点的范围选择。88l要使气相色谱和质谱仪器联用，

35、首先要解决的问题是气压问题。色谱柱出口压通常是常压，而质谱仪在正常工作压力是高真空，故二者无法相接。必须采用一个连接器，用来除去载气，以降低气相色谱流出物的气压并富集试样，以达到质谱仪的工作要求。l如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪；l如果色谱仪使用毛细管柱，则可以将毛细管直接插入质谱仪离子源，因为毛细管载气流量比填充柱小很多，不会破会质谱仪真空。2.GC-MS2.GC-MS中的分子分离器和进样系统中的分子分离器和进样系统892.GC-MS中的分子分离器和进样系统气相色谱质谱联用仪的进样系统进样系统由接口和气相色谱组成。接口的作用是使经气相

36、色谱分离出的各组分依次进入质谱仪的离子源。接口一般应满足如下要求：(a)不破坏离子源的高真空，也不影响色谱分离的柱效；(b)使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源，流动相尽可能少进入离子源；(c)不改变色谱分离后各组分的组成和结构。色谱仪是在常压下工作，而质谱仪是在高真空下工作，因此，必须有一个连接装置，将色谱流出的载气去掉，使压强降低，样品气进入离子源。这个连接装置叫分分子分离器。子分离器。903.质谱仪 （1）离子源;（2）质量分析器;（3）质谱仪检测器上节13.1 质谱仪详解914.谱图-数据再现形式总离子流色谱图（total ion currenttotal ion current，T

37、ICTIC）质量色谱图又名提取离子流色谱图（extracted ion extracted ion chromatographychromatography）质谱图（mass sepcturmmass sepcturm，MSMS）92 GC-MS 总离子流图总离子流图 C21-/C22+1；UCM明显墨西哥湾墨西哥湾S-8C29PhPr墨西哥湾墨西哥湾S-8烷烃络合后正构烷烃烷烃络合后正构烷烃 墨西哥湾石油污染表层海洋沉积物烷烃墨西哥湾石油污染表层海洋沉积物烷烃总离子流色谱图总离子流色谱图93质量色谱图（提取离子流色谱图）总离子流图总离子流图TICTIC提取提取m/z 85 m/z 85 离子

38、流色谱图离子流色谱图94p 质量色谱图用途质量色谱图用途 利用质量色谱法搜寻目标化合物目标化合物，以快速鉴别化合物类型。可以检查色谱峰的纯度色谱峰的纯度，即利用化合物特征离子质量色谱保留时间的差异，分辨共流出的色谱峰。质量色谱图比总离子流色谱图简洁，消除简洁，消除了背景干扰了背景干扰，信噪比更好。95烷烃烷烃环烷烃环烷烃23451C17C19C16墨西哥湾墨西哥湾S-4 m/z91 苯基烷烃苯基烷烃 墨西哥湾墨西哥湾S-4 m/z92C16C18C20C22质量色谱图（提取离子流色谱图）96苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化

39、合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图 1C5C5161161质谱图质谱图97苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图2C6C417514798苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图3C3C718913399苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图4C

40、8C2203119100苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图苯基烷烃同分异构体质谱图和化合物结构图5C101015、质谱扫描技术 （1）全扫描（ScanScan）（2）选择离子（SIM SIM）定性定性定量定量102（1）全扫描方式l扫描质量起点和终点的选择，取决于待测化合物的分子量和低质量的特征碎片。l阈值的设置不仅影响质谱峰数多少，而且影响色谱图的基线和峰的分离，倍增器工作电压影响全质量范围离子丰度。p定义最常用的一种扫描模式，扫描的质量范围覆盖被测化合物的分子离 子和碎片离子的质量，得到的是化合物的全谱，可以用

41、来进行谱库检索。103（2）选择离子检测（SIMSIM）p定义：不是连续扫描某一质量范围，而是跳跃式地扫描某几个选定的质量。p 操作：控制质量分析器，仅仅对感兴趣的质量进行分析p目的：提高灵敏度；改善峰形；改善精确度p应用 痕量分析；复杂基质；常规定量104定性与定量定性与定量p定性定性气相色谱技术定性分析法气相色谱技术定性分析法质谱图分析法质谱图分析法结合其它联用技术法结合其它联用技术法p定量定量归一化法归一化法外标法外标法内标法内标法10513.2.5 13.2.5 气相色谱气相色谱-质谱联用仪操作条件、维护与保养质谱联用仪操作条件、维护与保养（一）操作条件（一）操作条件1.样品来源及其前

42、处理方法2.确定仪器配置和初始操作条件3.分离条件优化1061.前处理方法p实际样品针对不同污染物柱分离处理方法实际样品针对不同污染物柱分离处理方法p极性目标物处理方法极性目标物处理方法衍生化衍生化l 硅烷化衍生化硅烷化衍生化（1 1）BSTFABSTFA和BTABTA衍生化胺基和羟基（2 2）MTBSTFAMTBSTFA常用于药物、类固醇类检测（3 3）MSTFAMSTFA是最常用的硅烷化试剂（苹果酸、富马酸、柠檬酸等）（4 4）单糖硅烷化时用一般用三甲基硅烷咪唑（甘露糖、半乳糖、海藻糖等）l 酰化衍生化酰化衍生化（1 1）乙酰化（体内药物筛选，大多数的临床药物）（2 2）三氟乙酰化/五氟丙

43、酰化/七氟丁酰化（苯丙胺类和麻黄碱类）l 烷基化衍生化（农药和杀虫剂）烷基化衍生化（农药和杀虫剂）样品的衍生化的目的样品样品的衍生化的作用主要是把难于分析的物质的衍生化的作用主要是把难于分析的物质转化为与其化学结构相似但易于分析的物质，转化为与其化学结构相似但易于分析的物质，便于量化和分离。便于量化和分离。其目的：其目的：1.1.提高样品检测的灵敏度；提高样品检测的灵敏度；2.2.改善样品混合物的分离度；改善样品混合物的分离度；3.3.适合于进一步做结构鉴定，如质谱、红外或适合于进一步做结构鉴定，如质谱、红外或核磁共振等核磁共振等1071082.确定仪器配置和初始操作条件p选择分析系统:进样方

44、式、色谱柱等pGCGC参数:载气流量、分流比、温度条件等pMSMS参数:扫描模式：SCAN,SIMSCAN,SIM 离子源：EI,PCI,NCIEI,PCI,NCI 检测器电压等p进样口、色谱柱、检测器的温度设定 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。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。检测器温度 防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30。109六、六、气相色谱气相色谱-质谱联用仪操作条件、维护与保养质谱联用仪操作条件、维护与保养p维护保养维护保养 外界条件外界条件 恒定温度；非常洁净、无尘。p仪器条件仪器条件 1.载气系统

45、 (1)载气使用 气体纯度必须达到99999%,并使用专用钢瓶灌装,载气纯度 不够,或剩余的载气量不够时,会造成m/z 28谱线丰度过大。当气瓶的压力降低到几个MPa时,应更换载气,以防止瓶底残余物对气路的污染。1102.2.质谱真空泄漏的确认及检漏质谱真空泄漏的确认及检漏（1）确认泄漏：质谱真空是否出现空气泄漏,可从压力和空气/水的背景图谱进行判断。依据m/z18、m/z28、m/z 32和m/z 44图谱中比例是否符合空气中比例识别（2）检漏 a.钢瓶及气体管线的检漏 定时察看压力表(每小时)和压力降低情况,可由此查知气体主管线是否漏气。b.GC部分的检查 GC部分的空气泄漏通常会发生在内

46、部的载气管接头、隔垫定位螺母、柱螺母等位置。可用适量的丙酮涂抹上述位置,每次一个位置,先后顺序依照离MS部分由近及远的原则。在适当的时间后,观察背景图谱中的峰图,若m/z58和m/z43处出现一个陡峭的、显著的攀升,说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏。111c.c.进进样口日常维护样口日常维护n定期更换进样垫n使用最低可用温度n使用气流吹扫n使用干净的衬管n用溶剂清洗分流平板n使用干净的进样针112六、六、气相色谱气相色谱-质谱联仪维护与保养质谱联仪维护与保养 d.MS部分的检查 GC部分的空气泄漏通常会发生在内部的载气管接头、隔垫定位螺母、柱螺母等位置。可用适量的丙酮涂抹上述位置,每次一个

47、位置,先后顺序依照离MS部分由近及远的原则。在适当的时间后,观察背景图谱中的峰图,若m/z 58和m/z 43处出现一个陡峭的、显著的攀升,说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏。113 3.3.色谱柱色谱柱 a.色谱柱的选择：毛细管色谱柱的固定液分非极性、弱极性、中等极性和强极性,色谱柱固定液的极性越高,其温度使用上限越低,随柱温的升高固定液流失程度也越大,选择固定液的原则一般是能用极性低的则尽量不选用极性高的;柱长则能用短柱解决的就不用长柱;柱子极性和测定目标化合物极性相匹配b.色谱柱老化：新柱老化一般不接质谱或其它检测器,设定一个程序升温程序走二至三次就能满足分析需要,其中程序升温程序的起

48、始温度要低,一般设为50,最高温度可选择低于柱使用温度上限30或在平时使用的最高温度,升温速率要慢,一般设为5/min。c.色谱柱安装：进样口一端和接质谱一端所用的石墨垫圈是不同的,不要混用；严禁无载气通过时高温烘烤色谱柱,以免造成固定液被氧化流失而损坏色谱柱。六、六、气相色谱气相色谱-质谱联仪维护与保养质谱联仪维护与保养114 4.质谱的维护 a.开机时先开GC,后开质谱,设定合适的离子源温度和传输线温度,不要忘记打开真空补偿b.质谱诊断与调谐：在做质谱的调谐之前,先将MASS的范围调至50650,打开灯丝、校正气,观察m/z100的特征峰,看其周围是否干净,如果有干扰离子,则升高柱温、进样口温度,先将杂质赶出,确保m/z100的周围干净,方可进行调谐。调谐过程中,若增益部分的校正不能通过,m/z502的特征峰找不到,或电子倍增管的电压增加太多,接近100伏,则很有可能是离子盒、透镜或预杆太脏,需要清洗。c.离子源和预杆的清洗：在离子源的所有组件中,灯丝、线路板和黑色陶瓷圈是不能清洗的。六、六、气相色谱气相色谱-质谱联仪维护与保养质谱联仪维护与保养115总结1、准备工作（仪器、色谱柱、载气等）2、对仪器状态进行校准（调谐）3、色谱条件摸索（溶剂延迟时间、程序升温等）4、质谱条件摸索（SCAN、SIM）5、根据条件分析样品