气相色谱-质谱仪原理和应用 PPT课件

过滤器 附于氧表后或在GC 内 ，去除气源内水分和杂质
• 2 色谱载气状态控制部件
•
稳压阀（或电子流量控制器）、压力表、稳流阀、流量计 （浮子、电子式）、柱箱恒温和程序升温部件，设置的器件
可随GC-MS 联用仪类别和使用要求而异 ，控制载气状态参
量：温度、压力和流速，建立色谱分离条件 。
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• 氦气的分子量小，容易被真空泵抽掉，具备富集样品 的特性（尤其在使用分离器接口时更重要）
• 其次，氦的电离能(24.6eV)远高于一般有机化合物的 电离能（10eV左右），因此氦的电离效率相对低于一 般有机化合物，对总离子流的干扰较小
• 氦的分子离子为m/z＝4，远低于通常质谱扫描起始质 量
• GC/MS使用的载气纯度应为99.999%以上的氦气
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一、填充柱
不锈钢 或玻璃
色谱柱
硅藻土(担体)
担体
固定液
固定液
Partition Materials
在担体上涂覆固定液 固定相 ： 液体 主要用于分析液体样品
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气相色谱构成示意图
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GC-MS 联用仪主要部件
• 1 实验室气源条件 GC 载气源 常用氦气，纯度大于99.999%，作色谱分离的
流动相 MS 反应气源 常用甲烷、异丁烷、氨、氧化氮等 ，作质
谱化学电离反应气。 减压阀 俗称氧表和氢表，作气瓶减压用
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省所配备的GC-MS仪3
第三台
2014年
安捷伦 7000 GC/MS Triple Quad
三重四级杆
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• 第二部分 气相色谱仪原理
改变阻力，流量发生变化
改变阻力，压力发生变化
(阻力增加 → 流量减小)
(阻力增加 →压力增加)
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进样系统
• 进样装置 气体进样器（六通阀）：推拉式和旋转式两种。
试样首先充满定量管，切入后，载气携带定量管中 的试样气体进入色谱柱。 • 气化室
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气相色谱 原理
•气相色谱法是以气体为流动相（载气）的色谱方法, 利用物质在两相中分配系数的微小差异进行分离。 •当样品被送入进样器后，由载气携带进入色谱柱。 由于样品中各组份在色谱柱中的流动相（气相）和 固定相（液相或固相）间分配或吸附系数的差异。 在载气的冲洗下，各组份在两相间作反复多次分配 （量变），这样原来的微小差异产生了很大的相对 位移（质变） ，使各组份在色谱柱中得到分离，以 达到分离分析及测定一些物理化学常数的目的。
可以分析约20%的有机物。某些无机物通过转化也可分析。
- 难以分析的化合物： 分子量小也不能蒸发的化合物 (例如:无机的金属、离子,盐) 活性强或极不稳定的的化合物 (例如:氢氟酸、臭氧,氮氧化物) 高吸附性的化合物 (当化合物含有羧基、羟基、氨基、硫等，因为吸 附和活度比较高,在分析时要注意。)
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GC－MS很少使用氢气的原因
• 氢气具备③以外的三个条件，因其电离能为15.4e V，和一般 有机物电离能接近，相对于氦气电离效率较高，对总离子流 有干扰，但是氢的分子量小，通常质谱扫描起始质量更不会 从m/z 1开始，在一些应用中可以和氦气交换使用 。
气相色谱仪的工作原理示意图
目标：混合样品 （气体或液体）
气体样品（顶空进样）
液体样品（直接进样）
GC
载气将样品送入色谱柱 色谱柱将样品中不同的成份分离开
在进样口， 通过加热， 使每个成份 被气化。
在检测器， 从色谱柱出来的每个成份的量按比例转化成电信号
数据处理器
得知样品中的成份和含量 National Institutes for Food and Drug Control
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注入GC 的样品体积
气体样品:0.2 ～ 1 毫升
液体的样品:1 ～ 2 μL
注入太多样品 -->造成峰形变差及进样口污染
各种不同溶剂的汽化体积(在进样口 250 ℃及 140kPa 的情况下）
溶剂
异辛烷 正已烷
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气相色谱的工作原理示意图
样品注入 A＋B
样品注入口
B A＋B A
色谱柱
B
A＋B A
检测器
时间
B B
A
A
峰A
B
峰B
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气相色谱 分类
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省所配备的GC-MS仪1
第一台 2016年
赛默飞 Thermo Trace
GC－DSQ
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省所配备的GC-MS仪2
第二台 2013年 岛津 GC-MS QP2010 Ultra）
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GC/MS的载气
• GC/MS联用对载气选择有严格要求 ①必须是化学惰性的 ②必须不干扰质谱图 ③必须不干扰总离子流的检测 ④应具有使载气气流中的样品富集的某种特性
• GC/MS联用不能使用氮气 • 很少使用氢气 • 常用纯度99.999%以上的氦气
填充柱的名字的意义
固定液的浓度 固定液的种类
担体的类型
担体的处理方法
OV-1 10% Chromosorb-W (AW-DMCS)
60/80
2m * 2.6mm I.D.
目数 (担体的颗粒大小)
色谱柱的 长度
色谱柱的I.D. （内径）
担体
固定液
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• 按固定相状态分： 1、气固色谱(GSC)（主要基于吸附原理），多用活性炭，硅胶，分子筛，高分子 多孔小球等作为固定相，分离的主要对象是一些永久性的气体和低沸点的化合物。 2、气液色谱(GLC)（主要基于分配原理），多用固定液涂渍在惰性载体上作为固 定相，固定液一般是高沸点、蒸汽压低（在450℃以下有1.5 KPa - 10KPa的蒸汽压） 且热稳定的有机化合物。由于在气液色谱中可供选择的固定液种类很多，容易得 到好的选择性，所以气液色谱有广泛的实用价值，在实际GC分析中，90% 以上的 应用为气液色谱。
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GC/MS联用不能使用氮气的原因
• 氮气除化学惰性外，不具备其它三个条件。 • 并且违背条件②，其电离能为15.6eV，和一般有机
物电离能接近，电离效率较高，对总离子流有干扰。 • 又因氮气的分子离子m/z 28离子较强，真空系统中
气相色谱－质谱仪的原理与应用
学习交流 主要内容
1 气相色谱－质谱仪在省所的应用 2 气相色谱仪原理 3 质谱仪原理
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N年来GC-MS在省所的主要应用
• 中药中挥发油的检测（EI源，顶空进样） • 化妆品二恶烷（EI源，顶空进样） • 包材中苯乙烯（EI源，顶空进样） • 薄膜衣中塑化剂、能力验证（EI源，液体直接进样） • 食品中氯丙醇（CI源，液体直接进样） • 食品中甲拌磷（CI源，液体直接进样） • 食品中氨基甲酸乙酯（CI源，液体直接进样） • 食品中氯霉素（CI源，液体直接进样）
GC 载气
1.载气要求： 作为气相色谱载气的气体，要求： ①化学稳定性好；
②纯度高；③价格便宜并易取得；④能适合于所用的检测器 。 2.常用载气：
通常用氦气（He）和氮气（N2），以前也用氢气（H2） ，因易爆炸，不安全，现不常用。 (在使用毛细管柱作分析的情况时下，使用氦气作载气是比 较理想的) 气体的纯度最好高于 99.99%
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载气
载气控制方式
恒压控制
恒流控制
压力控制器
流量控制器
压力 保持 恒定
流量 保持 恒定
无论柱的阻力（象柱子的内径、 无论柱的阻力（象柱子的内径、
长度、柱温等）有多少，压力 长度、柱温等）有多少，流量
固定不变
固定不变
进样口温度
• 进样口温度主要由样品的沸点范围决定，还要考 虑色谱柱的使用温度。
• 即首先要保证待测样品全部气化，其次要保证气 化的样品组分能够全部流出色谱柱，而不会在柱 中冷凝。
• 原则上讲，进样口温度高一些有利，一般要接近 样品中沸点最高的组分的沸点，但要低于易分解 组分的分解温度。
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残气的氮峰m/z 28已经不小，而且m/z 28、m/z 29、 m/z 14和某些化合物的特征离子重叠，接近通常质 谱扫描起始质量，会产生高的本底，不仅干扰低质 量范围质谱图，对离子的相对丰度也会有影响
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氦气能完全满足GC/MS要求的四个条件
固定液的浓度
固定液 担体
涂覆在担体上的固定液重量百分比浓度
低浓度 … 大约 0.5-2% (用于分析高沸点化合物)
• 按进样方式分：可分为常规色谱（液体直接进样）、顶空色谱和裂解色谱等。
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可以在气相色谱分析的化合物
- 在400摄氏度以下的温度气化(变成气体)的化合物 在气化时不会分解的化合物 在气化时可以分解成固定比例碎片的化合物 (热裂解 GC)
• 另一就是氢气安全性差。
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载气
3.气流调节阀
通常在减压阀输出气体的管线中还要串联稳压阀，用以稳定载气（或 燃气）的压力。
当用程序升温进行色谱分析时，由于色谱柱柱温不断升高引起色谱柱 阻力不断增加，也会使载气流量发生变化。为了在气体阻力发生变化时， 也能维持载气流速的稳定，需要使用稳流阀来自动控制载气的稳定流速。
甲苯 乙酸乙酯
丙酮 二氯甲烷 二硫化碳
乙腈 甲醇
水
进样量
1uL
2uL
110uL
220uL
140uL
280uL
170uL
340uL
185uL
370uL
245uL
490uL
285uL
570uL
300uL
600uL
350uL
700uL
450uL
900uL
1010uL
2020uL
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将液体试样瞬间气化的装置。
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微量注射器进样阀
• 不同规格的专用注射器： • 填充柱色谱常用10μL； • 毛细管色谱常用1μL； • 新型仪器Biblioteka Baidu有全自动液体进样器，清洗、
润冲、取样、进样、换样等过程自动完 成，一次可放置数十个试样。
注意事项
• ★进样口温度过低，将导致高分子量化合物气化不完全，并且 不能有效转移到色谱柱中。样品气化不完全
★进样口温度过高，导致热稳定性差的化合物分解。样品分解 ★样品从进样针注入时，不同组分的气化程度不同，高沸点组
分残留量比例高。
一般情况下进样速度必须很快，因为当进样时间太长时，
试样原始宽度将变大，色谱峰半峰宽随之变宽，有时甚至使峰 变形。一般地，进样时间应在1s以内。