气相色谱及与质谱联用

色谱柱选择
• • • • • 固定相决定了色谱柱的选择性。 有数百种固定相，尤其是填充柱. 许多固定相有多种商品名。 毛细管柱的固定相选择较简单。 ―相似相溶原理” - 用极性固定相分析极性物质。 - 用非极性固定相分析非极性物质. • 极性表明了分子中电荷的分配情况。
6. 检测器
• 通用型检测器（ Universal Detector) 热导检测器（TCD） 氢火焰检测器（FID） • 选择性检测器 电子捕获（ECD） 脉冲火焰光度检测器 （PFPD） 氮磷检测器（TSD)
GC是一种应用非常广泛的分离手段，它是以惰 性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是 基于样品中的组分在两相间分配上的差异。 定性：以保留时间定性 定量：以峰面积或峰高定量 缺点：一维定性不可靠；不能分析热不稳定样 品，应用受到限制。
气相色谱－质谱联用 Gas Chromatography-Mass Spectrometry
• 类似于直接进样. • 样品中绝大部分进入到色谱柱中。
分流
• 均匀气化的样品通过分流点(柱尖端Colomn tip).
• 样品在玻璃衬管气化
• 要求：
– 将样品中具有代表性的样品注入到色谱柱中。
– 可重现的分流比
• 缺点
– 可能会有进样歧视现象。对宽沸程的样品易产生非线 性分流，使样品失真 – 不适于高纯度物质和痕量组分(<50ppm)的分析
CI（Chemical Impact）
React Gas：一般为甲 烷、氨气、正丁烷等。 反映气的作用是让高能 的电子首先与反映气碰 撞，然后再与样品发生 分子--离子反应，产生 的碎片相对较少，称为 一种更软的电离。
（四）、质量分析器
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
R
2 ( t R 2 t R 1 ) W2 W1
•当R=1 时，有5％的重叠；
•当R=1.5时，分离程度为99.7%，可视为基线分离 • 毛细管色谱柱比填充柱有更高的分辨率.
柱效能（Column Efficiency)
• 峰展宽的度量. • 以塔板数来表示 • 类似蒸馏中的气液平衡
塔板理论
例如，图示中塔板数为3.
C = 传质阻力
• 如果已知有效塔板数，则可计算：
Neff = Lcol / HETP
4、 进样口
• 样品进样和汽化. • 注射器进样 —精度和重现性 • 根据样品的性质选择进样技术
分流/不分流进样
分流(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。
不分流(splitless)
Sample Inlet
Ionisation Method
（一）、真空系统： 2级真空： 机械泵和涡轮分子泵 机械泵一般时前级真空，也就是在 机械泵把真空降到一定水平后才启 动涡轮分子泵，以保护分子泵。 所以仪器从大气压到真空合适的状 态一般要经过一段时间的。
（二）、进样系统：
从分离装置来的组分（气体或者液体）
氮磷检测器(TSD）
• 只对氮、磷有很高的选择性 • 氮的灵敏度：<0.1pg/sec；磷为：<0.05pg/sec • 主要应用于：药物、燃料、香料、农药残留 • TSD的结构类似FID，主要差别是TSD在喷嘴 上方有铷珠，氢气流量较小，为维持无火焰条 件，一般< 10ml/min
气相色谱(GC)总结
一、气相色谱基础
1. 2. 3. 4. 5. 6. 色谱原理 气相色谱系统 色谱基本理论 进样口 色谱柱 检测器
1. 色谱原理
• 根据样品各组分在流动相和固定相中的分配情况不同 来进行分离。（吸附、分配、分子筛、离子交换）
• 一些组分与固定相作用较强，故较慢流出色谱柱，从 而得以分离。（相似相溶原理）
GC与GC/MS的比较
GC
•由保留时间定性 •双柱双通道定性 •问题 －复杂基体 －未知化合物
GC/MS
•由保留时间和质谱 图定性 •不需要双柱双通道 定性 •鉴定化合物 •从基体中分离化合 物
一、质谱的一些知识
Components of any Mass Spectrometer
Atmospher e Vacuum System Mass Analyser Detector Data System
氢火焰检测器（FID）
• 最常用的GC 检测器. - 是有机物的通用型检测器。 - 检出限 < 10 pg. - 线性范围可达7个数量级 . - 容易操作 • 破坏型检测器－－样品燃烧 • 信号值大小取决于碳原子数目及替代物的数量。
选择性检测器
电子捕获检测器（ECD） • 非破坏性。 • 对卤素、过氧化物、醌类金属有机物及硝基 化合物非常灵敏。 • 而对胺类、醇类及碳氢化合物不灵敏。 • 线性窄，－ 103 .
质谱仪。
QUDRAPOLE ：四极杆质量分析器 目前台式质谱中应用最多的一种。
我们中心的气质联用就是四级杆
质量分析器。
Quadrupole Mass Analyzer
wk.baidu.com
+
+
+
• Ions scanned by varying the DC/RF voltages across the quadrupole rods
检测器
选择性
检测限
线性动态范围
通用型检测器 TCD FID 有机物、无机物 非破坏性 有机物 破坏性 0.2ppm <10pg/sec 104 107
选择性检测器 ECD TSD PFPD 卤素、过氧化物、醌类、 <0.01ppb 硝基化合物 P 、N P：<0.05pg/sec N：<0.1pg/sec P、S、N&25 个其它元素 P：0.1pg/sec S： 1pg/sec N：20pg/sec 103 103 105 104 103 to 103
通用型检测器(Universal Detector)
热导检测器（TCD） • 气相色谱最早的检测器, 1946. • 测量样品气流导热性能的变化。 • 热导-热量从高温物体到低温物体的传导。
TCD 热导池
• 两个平行的气流，样品和参考。 • 惠斯通电桥用来比较两个气流的阻抗。 • 气流的速度、压力及电的变化影响被最小化。
样品组分分离示意图
2. 气相色谱系统
3. 气相色谱理论
色谱图
• 检测信号和时间的关系图
• 不同的色谱峰对应相应的组分
• 可以得到相应组分的保留时间和峰面积信息。 • 保留时间– 定性分析 峰面积 – 定量分析
CH4
分离度（Resolution)
两个相邻峰的分离程 度。以两个组份保留 值之差与其平均半峰 宽值的比来表示：
量/电荷比的离子
EI： （ ELECTRON IONIZATION）特点
70eV下，电子轰击后得到的碎片比较 稳定，可以在不 同的时间和不同的仪器上实现比较：谱库检索。
目前比较应用广泛的是：
•NIST（National Institute of Science and Technology） 库：64K张谱图 •NIST/EPA/NIH库：129K张谱图 •Wiley库：275K（可能包括不同来源的质谱图，内容 为相同化合物）
著名的范德母特（Van Deemter）方程
• 综合上述三个峰展宽的因数
• HEPT : 理论塔板高度 (Height equicalent to a theoretical Plate)：
HETP = A + B / + C 这里：
A = 涡流扩散 B = 纵向扩散 = 载气的线流量 低的 HETP= 高的色谱柱效率
+
（五）、检测器：目前是光电 倍增器应用较广。 （六）、采集数据和控制仪器 的工作站
二、气相色谱质谱联用仪使用过程
调谐
数据采集
扫描模式
• 全扫描模式（SCAN） • 选择性离子扫描模式（SIM)
选择性离子
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
5. 色谱柱
• 填充柱
- 短(2-3 米), 管内径较粗.
• 毛细管柱
- 长(> 60 米), 内径较细. 所有材料均要求化学及热性质稳定.(柱流失） – 热稳定性
- 分析时所使用的温度不应致使色谱柱材质受到破坏
– 化学稳定性 - 在一定温度下，色谱柱材质不受分析物的影响 注意：用色谱级、干净的材料。
2 4
H3PO4 HNO3
NH4OH
色谱柱老化
• • • • 确保载气流过毛细管柱15-30分钟. 缓慢程序升温(5º /min)到老化温度。 最初老化温度 4 hours. 如果柱子受到污染, 可在推荐的最高色谱柱温度低20 º C的 条件下，老化柱子。 • 一般推荐的老化温度为：
Tcond = Tmax/2 - Tapp/2 + Tapp 这里: Tcond = 老化温度 Tmax = 色谱柱推荐采用的最高温度 Tapp = 应用中使用的最高温度
或者从直接进样杆进液体或者固体样品。
（三）、离子源
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。 样品本身性质的差异，决定了离子化 的方式不能有万能的离子源，离子源 的类型也是多种多样。
EI源
能量较高的电子与样品 分子碰撞，发生分子离子反应，按照一定规 律形成一系列的不同质
色谱柱参数
柱长、内径、涂膜厚度
色谱柱长度 – 柱长度只有大的变化才会影响分辨率。 – 填充柱一般为2-3 米. – 毛细管柱可以根据需要进行裁剪。 色谱柱内径 – 填充柱固定为2 mm。 – 毛细管柱的内径可从0.10 - 0.8 mm. – 内径的大小将影响到色谱柱的效率、保留时间和 柱容量. – 较小的内径有较小的流失和较小的柱容量
峰的形状
• 理想的峰型是高斯曲线. • 分子的理论统计学分布
影响色谱柱效率的因素
A. 涡流扩散 (不同路径的影响 ).
• 取决于色谱柱大小、形状和填充的好坏 • 毛细管柱可忽略该项
B. 纵向扩散.
•气相中分子的扩散
• 主要决定于气体流速
C. 传质阻力.
• 样品组分从气相到液相容易.
• 主要取决于气体的流速和固定相量的多少。
在老化柱子时，一定不要将毛细管接在检测器上。应将那 一端放空，同时将检测器用闷头堵上。如果是FID,容许接 在上面，但应该将检测器温度升上去。
温度限制
恒温最高允许温度 :恒温操作的最高允 许温度 程序升温最高允许温度：短期允许的最 高温度，一般比恒温允许的最高温度高 20º C。 当柱子遭受热破坏，可以看到严重的峰 拖尾和柱流失。
柱容量
柱容量是指色谱峰没有明显变形，样品能够进入到色 谱柱中的最大允许量。 以下因素可增加柱容量 :
– – – – 膜厚 (df). 温度. 内径 (ID). 固定相的选择性.
如果过载，可导致 :
– 峰变宽. – 不对称. – 拖尾或前伸峰.
色谱柱中固定相流失
柱流失可以从检测器的背景信号中观察到： 柱流失是由于固定相遭到破坏而导致的。 • 柱流失随着膜厚、柱内径、长度和温度的增加而增 加。 • 极性柱有较高的柱流失。 • 柱子损坏或退化，柱流失可能会增加。 • 避免使用强酸或强碱 强酸 强碱 • 按照制造商推荐的温度 HCl KOH 限制使用 H SO NaOH