气相色谱质谱原理ppt课件.ppt

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1、色质联用技术色质联用技术色谱良好的分离能力与质谱丰富的定性功能有机结合。色谱良好的分离能力与质谱丰富的定性功能有机结合。色谱通常利用保留时间定性，缺乏足够的信息；色谱通常利用保留时间定性，缺乏足够的信息；质谱是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，提供质谱是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，提供化合物结构指纹和分子量信息，确保定性鉴别准确；化合物结构指纹和分子量信息，确保定性鉴别准确；随着电离技术、质量分析技术、联用技术及二维分析方随着电离技术、质量分析技术、联用技术及二维分析方法的发展，质谱是最广泛应用的分析手段。法的发展，质谱是最广泛应用的分析手段。质谱联用技术的用途质谱联用技术的用途

2、事故分析：为不明原因的判断提供依据；事故分析：为不明原因的判断提供依据；确认检测的需要：农残、兽残、确认检测的需要：农残、兽残、2 2-受体激动剂残留等假阳受体激动剂残留等假阳性样品的确认；性样品的确认；痕量有毒有害化合物监测的需要：二恶英、持久性有机污痕量有毒有害化合物监测的需要：二恶英、持久性有机污染物、内分泌干扰物等；染物、内分泌干扰物等；复杂基质中化合物分析的需要：食品、生物材料等；复杂基质中化合物分析的需要：食品、生物材料等；多残留检测的技术需要：共流出物的分析；多残留检测的技术需要：共流出物的分析；仲裁方法；仲裁方法；贸易纠纷的公正检测；贸易纠纷的公正检测；农药残留监测农药残留监测

3、开展农药残留监测的两个基本条件：一是必须有农药残留检开展农药残留监测的两个基本条件：一是必须有农药残留检测方法标准，二是必须有农药残留判别标准即农药残留限量测方法标准，二是必须有农药残留判别标准即农药残留限量标准。标准。我国农药残留检测存在以下不足：我国农药残留检测存在以下不足：1 1）覆盖面窄，已制定）覆盖面窄，已制定的的3838项农药残留检测方法国家标准（单残留检测方法项农药残留检测方法国家标准（单残留检测方法2626个，个，单类农药多残留检测方法单类农药多残留检测方法9 9个，个，2 2类农药多残留检测方法类农药多残留检测方法2 2个，个，3 3类农药多残留检测方法类农药多残留检测方法1

4、 1个），总共涵盖农药种类为个），总共涵盖农药种类为7272种；种；2 2）检测方法标准没有随着检测技术的发展而及时更新）检测方法标准没有随着检测技术的发展而及时更新 ；3 3）与限量标准不相配套；）与限量标准不相配套；4 4）无）无技术储备技术储备 。农药残留监测农药残留监测发达国家采用先进的检测技术加强农药残留监测，如气相发达国家采用先进的检测技术加强农药残留监测，如气相色谱与质谱联用、液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱色谱与质谱联用、液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱联用等。这些技术的应用，大大提高了农药残留检测的定性联用等。这些技术的应用，大大提高了农药残留检测的定性能力和检测的灵

5、敏度、检测限和检测覆盖范围。能力和检测的灵敏度、检测限和检测覆盖范围。欧盟欧盟2000/24/2000/24/ECEC和和2000/42/2000/42/ECEC规定了更为严格的残留限量规定了更为严格的残留限量规定规定 ；欧盟对输欧中国茶叶至少要检验下列欧盟对输欧中国茶叶至少要检验下列2525种农药（包括异构种农药（包括异构体）的残留量，如乙酰甲胺磷，乐果，甲胺磷，三唑磷，氯体）的残留量，如乙酰甲胺磷，乐果，甲胺磷，三唑磷，氯氟氰菊醒，氟氯氰菊酯，甲氰菊酯，联苯菊酯，氰戊菊酯，氟氰菊醒，氟氯氰菊酯，甲氰菊酯，联苯菊酯，氰戊菊酯，氯菊酯，氟胺氰菊酯，氯氰菊酯，六六六，滴滴涕，三氯杀氯菊酯，氟胺氰

6、菊酯，氯氰菊酯，六六六，滴滴涕，三氯杀螨醇，三氯杀螨砜，六氯苯，硫丹，噻嗪酮。螨醇，三氯杀螨砜，六氯苯，硫丹，噻嗪酮。农药残留监测农药残留监测20022002年日本卫生署对年日本卫生署对218218种农药制订出了种农药制订出了9,0009,000多个最高残多个最高残留限量。其中对蔬菜类农产品制定的残留限量最为齐全，制留限量。其中对蔬菜类农产品制定的残留限量最为齐全，制订了订了3,7283,728个最高残留限量，分别对十字花科、薯类、葫芦个最高残留限量，分别对十字花科、薯类、葫芦科、菊科、蘑菇类、伞形科、茄科、百合科、单列蔬菜品种科、菊科、蘑菇类、伞形科、茄科、百合科、单列蔬菜品种等蔬菜类别制定

7、了最高残留限量，如对大白菜制定了等蔬菜类别制定了最高残留限量，如对大白菜制定了7777种农种农药的药的MRLMRL，对蘑菇类农产品制定了对蘑菇类农产品制定了141141个农药最高残留限量。个农药最高残留限量。对大米制订了对大米制订了122122种农药的最高残留限量种农药的最高残留限量 。兽药残留分析兽药残留分析质谱法已成为兽药残留分析常用的定量及确证方法。质谱法已成为兽药残留分析常用的定量及确证方法。为了确保兽药残留分析的可靠性，欧盟在兽药残留鉴定中为了确保兽药残留分析的可靠性，欧盟在兽药残留鉴定中提出具有最大残留限量的残留鉴定分值（提出具有最大残留限量的残留鉴定分值（identificati

8、on identification pointpoint，IP IP）需要需要3 3分，而禁用兽药需要分，而禁用兽药需要4 4分。低分辨单级质分。低分辨单级质谱每个离子仅谱每个离子仅1 1分，高分辨质谱为分，高分辨质谱为2 2分，而串联质谱的母离子分，而串联质谱的母离子为为1 1分、子离子为分、子离子为1.51.5分。分。GC-MS与与GC比较比较1 1、GC-MSGC-MS定性参数增加：除保留时间外，定性参数增加：除保留时间外，GC-MSGC-MS还提供质谱图，还提供质谱图，由质谱图、分子离子峰得到的分子量、碎片峰强度、同位素离由质谱图、分子离子峰得到的分子量、碎片峰强度、同位素离子峰比，选

9、择离子的子离子质谱图使定性可靠；子峰比，选择离子的子离子质谱图使定性可靠；2 2、MSMS为为GCGC的通用性检测器，可检测多类不同的化合物，而不受的通用性检测器，可检测多类不同的化合物，而不受基质的干扰；基质的干扰；3 3、采用选择离子检测技术或串联质谱技术，可以降低化学噪音、采用选择离子检测技术或串联质谱技术，可以降低化学噪音的影响的影响;4 4、同位素稀释技术或内标化合物的应用，、同位素稀释技术或内标化合物的应用，MSMS定量分析的灵敏度定量分析的灵敏度极大改善；极大改善；什么是理想的质谱计什么是理想的质谱计?样品进入样品进入?黑匣子黑匣子保留时间分子量分子结构信息给出答案给出答案真空系

10、统真空系统进样系统进样系统检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法质谱的组成质谱的组成大气大气质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。真空系统真空系统真空系统是真空系统是MS分析的基础；分析的基础；离子源离子源、质量分析器和检测器必须在高质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作；真空状态下工作；减少本底干扰，避免离子减少本底干扰，避免离子-分子反应。分子反应。机械泵机械泵 分子涡轮泵分子涡轮泵 油油 扩散泵扩散泵 离子泵离子泵 升华泵升华泵真空系统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分

11、析器离子化方法离子化方法大气大气质谱的组成质谱的组成-1进样系统进样系统 色质联用仪的进样系统由色谱仪和色质联用仪的进样系统由色谱仪和接口组分；接口组分；接口是色谱联用的关键装置。接口是色谱联用的关键装置。1、不影响色谱柱的分离柱效，不破坏不影响色谱柱的分离柱效，不破坏离子源的高真空；离子源的高真空；2、除去流动相，、除去流动相，使色谱分离后的组分尽可能多的进使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源；入离子源；3、不改变色谱分离后各、不改变色谱分离后各组分的组成和结构。组分的组成和结构。气体气体 例如：气相色谱仪(GC/MS)液体液体 例如：液相色谱仪(LC/MS)固体固体 固体进样杆(Prob

12、e)真空系统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气质谱的组成质谱的组成-2离子源离子源 是将被分析的样品分子电离成带电的是将被分析的样品分子电离成带电的离子，离子，并使生成的离子会并使生成的离子会聚成为一定几聚成为一定几何形状和一定能量的离子束，进入质量何形状和一定能量的离子束，进入质量分析器被分离。分析器被分离。离子源的结构和性能与质谱的灵敏度离子源的结构和性能与质谱的灵敏度和分辨率有关和分辨率有关 样品分子电离的难易与其分子组成和结样品分子电离的难易与其分子组成和结构有关，为使稳定性不同的样品分子在构有关，为使稳定性不同的样品分

13、子在电离时获得分子离子信息，需要不同的电离时获得分子离子信息，需要不同的电离方法。电离方法。通常的离子源通常的离子源电子轰击离子源电子轰击离子源 EI化学电离源化学电离源CI正化学电离源PCI负化学电离源NCI电喷雾离子源ESI大气压化学电离源APCI 热喷雾电离源 TSI 快原子轰击电离源 FABLC/MSGC/MSEI 离子化em3m2M+EI为应用最多、最广泛，质谱图特征性强。为应用最多、最广泛，质谱图特征性强。硬脂酸甲酯EICIEI/CI501001502002503003500100%0100%0100%2842821421077124921417725328828428214210

14、771249214179253288284282249142107712141772532882 pg 六氯苯六氯苯60 ng 六氯苯六氯苯200 pg 六氯苯六氯苯EI谱图谱图在在TRACE MS EI/70获得的结果获得的结果PCI 离子化CH4eC2H5+MH+C2H4(M+H)+硬脂酸甲酯准分子离子为最强峰CI谱图谱图50100150200250300350m/z0100%0100%0100%200183201217Scan CI+183105184211223Scan CI+10577517678182106181152183Scan EI+苯甲酮,EI苯甲酮甲烷 CI+苯甲酮氨 C

15、I+EI和和PCI的比较的比较 使用甲烷和氨气使用甲烷和氨气NCI 离子化CH4eCH4+CH3+HCH4CH4CH4eCH4eCH4+CH3+HCH4CH4CH4e HexachlorobenzeneParathionCI是利用反应气体的离子与样品分子发生的分子是利用反应气体的离子与样品分子发生的分子-离子反应，分子离子峰特征性强。离子反应，分子离子峰特征性强。EI/NCI质谱图质谱图EI和和CI的质谱图的质谱图50100150200250300350400450500550m/z0100%51051151250100150200250300350400450500550m/z0100%24

16、1213510242EIOOOC F3CF3C H3NCI一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：M+HM+H+和和 M M_ _一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：M+HM+H+和和 M M_ _分子量非极性极性EI/CIESIAPCI100,0001000哪种离子化方式哪种离子化方式?离子化和碎片离子化和碎片离子化离子化硬硬软软无碎片有碎片APIEICI真空系统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气质谱的组成质谱的组成-3质谱仪的

17、核心，是利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置、时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离，得到质谱图。质量分析器质量分析器四极杆四极杆80%的台式质谱仪(3000/年)HP,PE,TMQ,Shimadzu离子阱离子阱20%的台式质谱仪(700/年)Varian,TMQ飞行时间飞行时间(ToF)目前用户较少(50-60/年)Leco,Micromass,TMQ扇形磁场扇形磁场通常不是台式仪器扇形磁场质量分析器扇形磁场质量分析器+离子束通过变化的磁场和电场，其运动的曲率半径与离子的质荷比和加速电压有关，得到空间位置

18、的分离。四极质量分析器四极质量分析器+离子通过改变四极杆的DC/RF电压而被扫描离子阱离子阱原理与四极杆的非常相似离子被存储在RF和DC场中扫描场逐出精确m/z的离子飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器+w所有离子同时启动所有离子同时启动w小的离子移动速度快小的离子移动速度快w测量已知距离下的速度测量已知距离下的速度(飞行时间飞行时间)离子源离子源/质量分离器类型之一：质量分离器类型之一：外离子源外离子源/四极杆四极杆离子化效率离子化效率1%0.1%离子传输效率离子传输效率1%10%离子源离子源/质量分离器类型之二：外质量分离器类型之二：外离子源离子源/四极离子阱四极离子阱离子传输效率离子传输

19、效率1%10%内离子源内离子源/四极离子四极离子阱阱顶端顶端底端底端环电极环电极色谱柱进口色谱柱进口灯丝灯丝电子倍增器电子倍增器 o离子阱组离子阱组件件AGC gateupper end cap electrodering electrodelower end cap electrodeelectron beam M-P+P+-F-D+ion beam真空系统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气质谱的组成质谱的组成-4检测器类型检测器类型电子倍增器电子倍增器多通道板检测器多通道板检测器光电倍增管光电倍增管阵列检测器阵列检测器真空系

20、统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气质谱的组成质谱的组成-5数据系统数据系统 快速准确地采集和处理数据，监控仪器的工作状态，实现全自动操作。GC/MS组成Gas supply(Helium)Vacuum SystemIon SourceAnalyserDetectorMass SpectrometerGCAnalystInstrument controlData acquisitionData processingData storageInterfaceSample injected into GCCompound is io

21、nisedIons are analysedGC-MS考察指标考察指标质量分析器质量分析器质量范围质量范围离子源离子源检测系统检测系统真空系统真空系统控制系统控制系统灵敏度灵敏度（EI、CI+、CI-）分离相邻峰的能力分离相邻峰的能力分子离子M+H+M.+M-H-分辨率FWHM10%峰谷m/MM+H+m/zintensity质谱分辨率质谱分辨率灵敏度灵敏度?四极杆质谱仪在全扫描模式下能分四极杆质谱仪在全扫描模式下能分析到低于析到低于pg级的水平级的水平四极杆仪器最终的灵敏度在选择离四极杆仪器最终的灵敏度在选择离子子(SIM)模式下能分析到低至模式下能分析到低至fg级的级的水平水平什么什么是是S

22、IM模式模式?不采集全质谱图，仅采集样品中特征不采集全质谱图，仅采集样品中特征离子离子分子离子特征碎片提高置信度(离子的比率)仪器用更多的时间采集有用的数据使仪器用更多的时间采集有用的数据使得灵敏度显著地改善得灵敏度显著地改善采样频率快于全扫描，所以定量精度采样频率快于全扫描，所以定量精度得到改善得到改善更少的样品更好的更少的样品更好的信噪比信噪比全扫描和全扫描和SIM8.3008.4008.5008.6008.7008.8008.9009.0009.100time0100%0100%2 pg 六氯苯，全扫描六氯苯，全扫描选择离子 m/z 283.8100 fg六氯苯六氯苯SIM of m/z

23、 283.8什么是选择离子监测什么是选择离子监测-SIM?代替全质谱范围的扫描，质谱仪允代替全质谱范围的扫描，质谱仪允许仅在数个质量数范围扫描许仅在数个质量数范围扫描正如我们集中在数个质量数范围扫正如我们集中在数个质量数范围扫描，我们能够采集更长的时间描，我们能够采集更长的时间 与全扫描相比，与全扫描相比，SIM灵敏度可提高灵敏度可提高10到到100倍倍这是四极杆质谱仪的特点这是四极杆质谱仪的特点数据观察数据观察-选项选项总离子流色谱图总离子流色谱图观察所有色谱和可见峰的最好方法观察所有色谱和可见峰的最好方法选择离子色谱图选择离子色谱图观察某一化合物的最好方法观察某一化合物的最好方法 消除背景

24、的影响消除背景的影响 增加信噪比增加信噪比 分离共流出物峰分离共流出物峰SIM-缺点缺点没有质谱图没有质谱图-不能用于未知物分析不能用于未知物分析你必须知道哪个离子需要采集你必须知道哪个离子需要采集方法设置需要更多的时间SIM仅对目标化合物有用途仅对目标化合物有用途质量色谱图和质量色谱图和TICTICMass 2401.401.601.802.002.202.402.602.803.00Time0100%0100%240.271.41e5TIC4.67e5TIC图上显示的两个接近的流图上显示的两个接近的流出峰，但每个峰是具有不同出峰，但每个峰是具有不同质谱指纹的不同化合物质谱指纹的不同化合物.

25、数据观察数据观察-选择离子色谱图选择离子色谱图11.0012.00Time0100%TIC1.57e5数据观察数据观察-选择离子色谱图选择离子色谱图100200300400500600m/z0100%254.2194.2507.3334.3399.7100200300400500600m/z0100%194.2580.4402.2226.2460.211.0012.00Time0100%TIC1.57e5选择离子色谱图选择离子色谱图提取出离子给出更好的信噪比提取出离子给出更好的信噪比消除背景影响分离共流出物峰提取出离子也能用于提取出离子也能用于:峰的跟踪峰的跟踪准确定量准确定量分离共流出物峰分

26、离共流出物峰10.5011.0011.5012.0012.50Time0100%0100%0100%254.235.81e4194.206.14e4TIC1.57e5质量质量254质量质量 194TICMSn50100150200250300350m/z0100%2842821421077124921417725328850100150200250m/z0100%50100150200250m/z0100%50100150200250m/z0100%碎片碎片的碎片的碎片的碎片的碎片.质谱解析质谱解析分子离子：样品分子在电离过程中失分子离子：样品分子在电离过程中失去一个电子而形成的单电荷离子；去

27、一个电子而形成的单电荷离子；碎片离子：碎片离子是解析质谱图，碎片离子：碎片离子是解析质谱图，推断物质分子结构的重要信息；推断物质分子结构的重要信息；多电荷离子：带多电荷离子：带2个或更多电荷离子；个或更多电荷离子；同位素离子：利用同位素离子强度比同位素离子：利用同位素离子强度比可以判断化合物是否含有氯、溴、硫可以判断化合物是否含有氯、溴、硫等原子及数量；等原子及数量；扫描扫描50到到300amu流入质流入质谱仪的化合物谱仪的化合物质谱图质谱图.60801001201401601802002202402602803000100%240241质谱定性分析一般程序质谱定性分析一般程序1 1、对质谱图

28、进行分析，确认基峰、分、对质谱图进行分析，确认基峰、分子离子峰、同位素峰强度比子离子峰、同位素峰强度比；2 2、计算机检索，确定重要的匹配化合、计算机检索，确定重要的匹配化合物；物；3 3、应用质谱知识解释裂解过程，说明、应用质谱知识解释裂解过程，说明重要碎片峰的形成；重要碎片峰的形成；4 4、谱图中如果没有分子离子峰，采用、谱图中如果没有分子离子峰，采用其它软电离技术进行分子离子峰确认，其它软电离技术进行分子离子峰确认，并推断合理的中性丢失；并推断合理的中性丢失；5 5、推断可能的分子式和结构式；、推断可能的分子式和结构式；6 6、了解样品的有关信息，并辅助其它、了解样品的有关信息，并辅助其

29、它手段，如手段，如:UVUV、IRIR、NMRNMR、EAEA，进行结构进行结构分析。分析。谱库检索注意点谱库检索注意点1、质谱库中的标准质谱图是在、质谱库中的标准质谱图是在电子轰击源中，用电子轰击源中，用70eV电子束电子束轰击得到；轰击得到；2、质谱库中的标准质谱图是由、质谱库中的标准质谱图是由纯化合物得到的，样品纯化合物得到的，样品3、扣除本底干扰对检索结果的、扣除本底干扰对检索结果的判断极为重要；判断极为重要；4、当总离子流的峰很强时，往、当总离子流的峰很强时，往往使质谱图发生畸变，不到正往使质谱图发生畸变，不到正确的检索结果；确的检索结果；5、检索后得到的匹配度最高化、检索后得到的匹配度最高化合物不一定是目标化合物，需合物不一定是目标化合物，需要根据质谱图中的基峰、分子要根据质谱图中的基峰、分子离子峰及已知的信息判定。离子峰及已知的信息判定。质谱仪的概要质谱仪的概要质谱仪能给我们质谱仪能给我们.分子量信息A 指纹帮助鉴定化合物消除背景的影响分离共流出物峰通用性检测器通用性检测器质谱的优点质谱的优点灵敏灵敏特征特征动态范围动态范围方法的灵活性方法的灵活性应用的多样性应用的多样性对其它检测的补充对其它检测的补充Daughter Ions农药分析-OP