气相色谱质谱联用技术及应用

内标物的选择
内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全 分离. 内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应 差太远. 内标物具有与分析目标成分类似的化学性 质
GC-MS应用
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GC-MS在职业卫生的应用
质谱检测器的优点
质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快 质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式 的方法, 而分子式的确定对化合物的结构 鉴定是至关重要的.
气质联用仪
气相色谱---分离混合物,得到单一组分 质谱---测定单一组分的质量(分子量) 可以用来定性,定量
质谱图
分 子 离 子
进入质谱离子源的物质在电离过 程中失去一个电子而形成的单电荷离 子,代表该物质的分子量.
对工作场所中未知化合物进行定性分析 用SIM扫描定量检测,灵敏度更高. 协助职业病鉴别诊断.
谢谢!
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SIM的优点:
提高灵敏度 改善峰形 改善精确度
应用:
痕量分析 复杂基质 常规定量
常用质谱谱库
质谱库中的谱图是在标准电离条件-电子轰击电离 源,70eV电子束轰击已知纯有机化合物得到的. 1 NIST库:美国国家科学技术研究所(National Institute of Science and Technology)出版. 2 NIST/EPA/NIH库:由美国国家科学技术研究所 (NIST),美国环保局(EPA)和美国国立卫生研究院 (NIH)共同出版.
碎 片 离 子
电离后有过剩内能的分子离子能以 多种方式裂解后生成的离子称为碎片离 子,碎片离子还可能进一步裂解成更小质 量的碎片离子.碎片离子是解析质谱图, 推断物质分子结构的重要信息.
合理的中性丢失
在判断是否是分子离子时还一定要注意合理的 中性丢失.在分子离子的分解过程中,通常仅有少 数几种低质量中性碎片被丢失,凡是与最高质量离 子相隔一个异常的质量或元素组成(如丢失质量数 为4～14和21～25的中性碎片)的地方出现一个"重 要"离子时,表明前者不是一个分子离子.
外标法
该法是应用最广泛的方法之一,其误差来源主要 是进样误差,因此,分析前一定要做面积重复性 (即进样重复性)实验. 优点:1)不需所有峰都流出或被检测到 2)只对所测组分作校正 缺点:1)进样量必须准确 2)仪器必须有良好的稳定性
内标法
在样品中添加内标物,通过组分与内标峰的面积 比,对组分进行定量. 该方法减小了进样误差对定量结果的影响. 优点:1)进样量不严格要求 2)只对所测组分作校正 缺点:1)必须在样品中加一内标组分 2)操作较为繁琐 3)选择内标物困难
气相色谱
检测器
热导 (TCD):热导系数差异 (通用性) 火焰电离 (FID):火焰电离 (有机物) 电子俘获 (ECD):化学电离 火焰光度 (FPD):分子发射 氮磷 (NPD):热表面电离 原子发射 (AED):原子发射(通用性) 红外 (FTIR):分子吸收 质谱 (MS):电离和质量色散相结合
3 Wiley库:有3种版本,同一个化合物可能有重复的不 同来源的质谱图.
4 农药库 5 药物库:包括许多药物,杀虫剂,环境污染物及其代 谢产物和它们的衍生产物的标准质谱图. 6 挥发油库:内有挥发油的标准质谱图.
这6个质谱库中前三个是通用质谱谱库,后三个是 专用质谱谱库.目前最广泛使用的是NIST/ EPA/NIH库.
为什么需要高真空?
确保离子源内能正常电离被测组分,而不 被其他分子或因素干扰. 确保离子在质量分析器中能自由地按电, 磁场作用力运动,而不与其他分子或离子 碰撞,或这些离子本身相互碰撞.
真空系统
系统漏气会带来什么问题?
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缩短分子涡轮泵寿命 大量的氧会烧坏离子源的灯丝; 用作加速离子的几千伏高压会引起放电; 离子传输效率降低,极大影响检测灵敏 度; 离子碰撞后产生分散,降低质谱分辨率; 引起额外的离子-分子反应,改变裂解模 型, 使谱图复杂化.
NIST/EPA/NIH 库 检 索 简 介
NIST/EPA/NIH 库的检索方式有两种:在线检索和 离线检索. 在线检索是将MS分析得到的,已扣除本底和干扰后 的质谱图按选定的检索谱库和预先设定的库检索参数 (Library Search Parameters),库检索过滤器 (Library Search Filters)与谱库中存有的质谱图进行 比对,将得到的匹配度(相似度)最高的20个质谱图的有 关数据(化合物名称,分子量,分子式可能结构,匹配 度等)列出,供被检索的质谱图定性作参考.
用于气相色谱的质谱检测器
四极杆质谱 离子阱质谱
四极杆质量分析器
四极质量分析器由 四根平行的金属杆组 成,其排布见左图所示. 被加速的离子束穿过对 准四根极杆之间空间的 准直小孔.通过在四极 上加上直流电压DC和射 频电压RF,在极间形成 一个射频场,离子进入 此射频场后,会受到电 场力作用,只有合适m/z 的离子才会通过稳定的 振荡进人检测器. 只要改变DC和RF 并保持DC/ RF比值恒定 时,可以实现不同m/z 的检测.
选择离子模式(SIM) 【在选定离子监测模式中,灵敏度可通过仅监测少数几个选定的 m/z比荷成比例地增加记录时间的办法加以增强】. 在允许作最灵活的数据评估的同时,上面提到的全扫描模式 也有灵敏度相当低这一弊端.因为扫描范围通常相当宽(例如 m/z=50～500),因此所感兴趣的质谱信号只能从后运行中获取. 这样大部分数据获取的时间就浪费在了于分析不相干的质量上. 这种情况可以通过在操作前确定欲监测质量的办法加以克服.取 代每周扫描中扫描整个范围,现在仪器用整周时间对预置质量求 取数据.这被称为单离子监测(SIM)或多离子检测(MID).显 然,由于改善了信/噪比(S/N),SIM模式要灵敏得多(与全扫 描模式的≥10ng绝对量相比,它可检测小到10pg绝对量),但不 得不牺牲一些质量信息.为了在灵敏度荷特效性之间求得一个折 衷,通常需对所怀疑化合物的2～4个特征离子加以同时测量,并 且不同质荷比(m/z)处的信号强度比必须落在限定范围内以便 获得确切的鉴定.
1 电离条件:EI源,70eV电子束轰击. 2 被检索的质谱图应该是纯化合物的质谱图,扣除背景 干扰对检索是否正确十分重要.现在的质谱数据系统 都带有本底扣除功能,关键是本底的选择是否正确. 3 在总离子流图中选择哪次扫描的质谱图进行检索,对 检索结果有影响. 4 匹配度(相似度)最高的化合物不一定就是要检索的化 合物,还要考虑其他有关信息.
Molecular separator
质谱离子源
电子轰击电离源(EI) 化学电离源(CI) 快离子轰击电离源(FAB) 电喷雾离子源(ESI) 基质辅助激光解吸离子源(MALDI)
EI离子源
电离能量对EI结果的影响
国际上统一用70eV 在这一电子能的作用 下可形成最多的离子 可形成相对大的分子 离子峰和强的碎片离 子峰(与分子结构有 关) 对于不同的仪器,形 成离子的能量分布实 际上相同,使谱图基 本上与所使用的仪器 无关. NIST质谱库
将气相色谱和质谱联接的主要困难:
要把大气压下(色谱分离在此压力 下进行)的化合物引入高真空(MS质量 分析仪部分通常在近10-5_10-8Torro压 力下运行).为了克服这一明显的不相 容性,已经发展了各种不同的GC/MS接 口.
在GC/MS刚刚出现的时候,GC以填充柱在60 mL/min 或更高的载气流速下工作. 这一流速与高真空的MS系统并不相容. 因此使GC/MS联用系统商品化成功的最重要一点是发 展适当的接口以克服上述限制. 对此接口的要求包括: 减小GC色谱柱的体积流速至能够维持质量分析仪高真 空的程度 载气的选择性分离 色谱分离的维持
定量分析
质谱与气相色谱常用检测器的灵敏度比较
定量方法
面积归一化法 外标法 内标法
面积百分率法(面积归一)
各组分浓度以面积百分率表示,该结果可 以确认大概的浓度,但有误差. 优点:1)无需做校正,简便,快速 2)进样量不严格要求 缺点:1)所有组分都流出且被检测到 2)所有组分的检测灵敏度都相同
离线检索是在得到质谱图后,根据有关信息从质谱谱 库中调出有关质谱图与其比较,对该质谱图进行定性分 析.离线检索方式有以下几种: 1 ID号检索 2 CAS登记号检索 3 NIST库名称检索 4 使用者(User Library)名称检索 5 分子式检索 6 分子量检索 7 峰检索
使用谱库检索时应注意的问题
数据系统
计算机 快速,大量的数据处理
数据采集模式
全扫描模式(Scan) 选择离子模式 (SIM)
GC-MS的操作模式
全扫描模式【在全扫描模式中,质谱图是在 色谱运行期间连续获得的】 通常,以扫描模式操作的GC-MS可产生三维 数据阵列,记录的强度既是时间(含有色谱 信息)又是质量(质谱信息)的函数.具有 不同信息含量的不同类型数据就可从这个三 维数据阵列中获取.
气相色谱-质谱联用技术及其应用
Technique and Application of GC-MS
山东省职业卫生与职业病防治研究院
宋利群
历史
上世纪初J.J. Thomson制成第一台质谱 仪 用于同位素测定和无机元素分析 上世纪六十年代出现GC-MS联用技术
GC-MS仪器
Data System MS Interface GC
质谱原理
质谱分析是将样品转化为运动的带电气态 离子,于磁场中按质荷比(m/z)大小分离 并记录的分析方法. 其过程为可简单描述为: 离子源轰击样品-带电荷的碎片离子-电场 加速-获得动能- 磁场分离- 检测器记录
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质谱仪器
电气系统
进样(接口) 系统
离子源
质量分 析器
检测器
真空系统
计算机控制与 数据处理系统