色谱分析仪器的使用-气相色谱及气质联用

样品汽化
分流进样
(Septum) Purge Vent Flow 3 mL/min Split Vent Flow 46 mL/min
隔垫吹扫 3 mL/min
总流量 50 mL/min
注射针
Total Flow 50 mL/min
分流出口流量 46 mL/min
Sample
柱流量
1 mL/min
色谱分析仪器的使用－－
气相色谱（GC）与气质联用(GC-MS)
江苏大学食品与生物工程学院 孙宗保
2010.11
GC与GC-MS的基本原理 GC与GC-MS应用 仪器使用与维护
GC与GC-MS的基本原理
色谱法简介
GC与GC-MS的基本原理
色谱流出的谱图信息
GC与GC-MS的基本原理
Purge 阀打开 – 不分流结束
Vent Flow 3 mL/min Total Flow 50 mL/min
Split Vent Flow 46 mL/min = Solvent = Analyte
Sample
Column Flow 1 mL/min
Column Flow 1 mL/min
不分流进样需注意的问题


在整个分析过程中，色谱炉温保持恒定。 用初始时间设定运行结束时间。 升温速率设为“0”。 后流出的峰展宽。 当组分有较宽的沸点范围 (>100°C)时使用。 减少分析时间并使峰变窄。 增加柱流失，引起基线漂移。 可设多阶程序升温。
程序升温


色谱柱老化
色谱柱流失 色谱柱温度极限 色谱柱容量
1. 载气系统
包括气源、净化干燥管和载气流速控制； 常用的载气有：氢气、氮气、氦气； 净化干燥管：去除载气中的水、有机物等 杂质（依次通过分子筛、活性炭等）； 载气流速控制：压力表、流量计、针形稳压阀，控制载 气流速恒定。
气相色谱仪主要部件
2. 进样系统
自 动 进 样 器
GC与GC-MS的基本原理

柱初始温度尽可能低一些，最好低于溶剂的沸点10-20度。溶
剂要与柱子固定相匹配。

衬管尺寸尽量小（0.25-1ml),使样品在衬管内尽量少稀释。最 好使用直通式衬管,对于比较脏的样品,要加经硅烷化处理的玻
璃毛并注意经常更换

根据样品(溶剂沸点,待测组分沸点,浓度等)优化开启分流阀的 时间,一般在30-80秒之间,多用0.75分钟，可以保证95%以上的 样品进入柱子.
D层：反应区
氢焰检测器的原理
(4)化学电离产生的正离子和电子在外加恒定直流电场的作用
下分别向两极定向运动而产生微电流（约10-6～10-14A）；
(5) 在一定范围内，微电流的大小与进入离子室的被测组分质 量成正比，所以氢焰检测器是质量型检测器； (6) 组分在氢焰中的电离效率很低，大约五十万分之一的碳原 子被电离； (7)离子电流信号输出到记录仪， 得到峰面积与组分质量成正比 的色谱流出曲线。
（主要用于永久气体和低分子量有机化合物的分离）
常用毛细管柱固定液
HO CH2CH2-O-CH2CH2-O H
n
|
|
固定相 SE-30、 OV-1 OV-101 SE-54 SE-52 OV-1701
组 成 二甲基硅氧烷
极性 非极性
类似品牌 DB-1、HP-1、CP-Sil5CB、 SPB-1、007-1、Rtx-1、BP-1…… DB-5、HP-5、CPSil 8CB、SPB-5、 Rtx-5、Bp-5…… DB-170、BP-10、HP-1701、CPSil 19CB、Rtx-1701、 SPB-1701、…… DB-17、HP-50、SP2250、CP-Sil 19、Rtx-50、SPB-50、…… DB-WAX、HP-Wax、 Carbowax SUPELCOWAX10、 CPWAX52CB…… DB-FFAP.HP-FFAP.Nukol、 SP-1000……
分离效能高、分析速 度快、样品用量少
毛 细 管 柱
填 充 柱
制备简单、定量准确、特殊用途
毛细管柱分类
壁涂开管柱(WCOT) －－内表面涂有很薄的固定相. 载体涂渍开管柱(SCOT) －－ 内表面先涂固态载体， 然后再涂上固定相. 多孔层开管柱(PLOT)－－内表面涂有多孔的固体层或吸附剂.
氮磷检测器（NPD）
NPD的原理
NPD是在FID的喷嘴和收集极之间放置一个
含有硅酸铷的玻璃珠。这样含氮磷化合物受热分解 在铷珠的作用下会产生多量电子， 使信号值比没
有铷珠时大大增加，因而提高了检测器的灵敏度。
这种检测器多用于微量氮磷化合物的分析中。 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
. .. . .. . .. .. .. . .. .. . . ...
出口 (到机械泵)
加热区
(3)电离源（EI）
作用过程： 采用高速(高能)电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子M+，M+继续受 到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。 特 点： 使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作方便；但分子离 子峰强度较弱或不出现（因电离能量最高）。
ELCD ELCD
10-15 fg pptrillion
GC与GC-MS的基本原理
二 气质联用仪及工作原理
质谱分析原理及质谱仪
1 基本原理概述 质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子碎片，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(zeU) 获得动能(1/2mV2) 磁场分离 (m/z) 检测器记录
Column Flow 1 mL/min
分流进样需注意的问题
尽量减少分流歧视：分流比越大，越有可能造成 分流歧视 保证样品快速汽化（适当添加经硅烷化处理的玻 璃毛） 分流进样时，柱的初始温度尽可能高一些 柱安装时注意柱与衬管同轴

不分流进样
Syringe Needle
(Septum) Purge Vent Flow 3 mL/min Split Vent Flow 0 mL/min Total Flow 4 mL/min
进样源自文库统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.色谱
1.电子轰击（EI)
1.单聚焦磁偏转 2.双聚焦磁偏转 3.飞行时间(TOF) 4.四极杆 5.离子肼
电子倍增器
2.化学电离(CI)
3.场致电离(FI) 4.场解析(FD) 5.快原子轰击(FAB) 6. 基质辅助激光解 析电离质谱(MALDI) 7. 电喷雾电离(ESI)
离子源 透镜组
-e -e -e -e -e -e -e -e -e -e -e
Quad
电子的产生（灯丝）
Inlet - Ionizer – Mass Filter - Detector – Data System
GC与GC-MS的基本原理
样品分子与电子流混合 …
离子源
透镜组
-e -e -e -e -e -e -e -e -e -e
非极性 中等极性
OV-17 PEG-20M
中等极 极性
FFAP
XE-60 OV-225
聚乙二醇20M对苯二甲酸的反 应产物 25%氰乙基甲基硅氧烷 25%氰乙基，25%苯基甲基硅 氧烷
极性 中极性 中极性
DB-225、HP-225、 SP-2330、SPB-225、 CP-SIL43CB…… DB210、Rtx200… DB210、SP2401、Rtx200……
4. 检测系统 色谱仪的眼睛 通常由检测元件、放大器、显示记录三部分组成； 被色谱柱分离后的组分依次进入检测器，按其浓度 或质量随时间的变化，转化成相应电信号，经放大后记录和 显示，给出色谱图； 检测器：广普型——对所有物质均有响应；
专属型——对特定物质有高灵敏响应。
检测器类型
氢焰检测器特点
（FID：hydrogen flame ionization detector）
（1）典型的质量型检测器;
（2）对有机化合物具有很高的灵敏度; （3）无机气体、水、四氯化碳等含氢少或不含氢的物质灵 敏度低或不响应; （4）氢焰检测器具有结构简单、稳定性好、灵敏度高、响 应迅速等特点; （5）比热导检测器的灵敏度高出近3个数量级，检测下限可 达10-12g· g-1。
MS
GC
GC与GC-MS的基本原理
(1) 进样系统 (2）真空系统
质谱仪中所有部分均要处于高度真空的条件下 (10-4-10-6 托 或 mmHg 柱 ), 其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：
a）大量氧会烧坏离子源灯丝； b）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化； c）干扰离子源正常调节； d）用作加速离子的几千伏高压会引起放电。
其中， z为电荷数， e为电子电荷， U为加速电压， m为碎片质量， V 为电子运动速度。
2、仪器组成 按质量分析器(或者磁场种类)可分为静态仪器和动态仪器，即稳定磁场 （单聚焦及双聚焦质谱仪）和变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。 MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统 构成。
一 气相色谱仪及工作原理
气相色谱主要构成
GC与GC-MS的基本原理
气相色谱工作过程
载气系统
进样系统
色谱柱
检测系统
温控系统
分子筛 脱水管 固定 限流器
稳压器
进样口
检测器
电子部件
流量 控制器
PC
色谱柱 氢气 载气 空气
典型的气相色谱
实验室气相色谱仪照片
GC与GC-MS的基本原理
气相色谱仪主要部件
脂肪酸酯、PUFA、Alditol
OV-210 OV-275
50%三氟丙基硅氧烷 10% 三氟丙基硅氧烷
极性 强极性
极性化合物、有机氯化合物 极性化合物
柱选择

先试手边的柱子 向老师或同学咨询 查询已发表的相似应用 如果难以确定，先用一个非极性柱，如 HP1或 HP5
柱温操作
恒温

CnHm ──→ · CH
(2)产生的自由基在D层火焰中与外面扩散进来 的激发态原子氧或分子氧发生如下反应：
A区：预热区
B层：点燃火焰 C层：热裂解区： 温度最高
· CH + O ──→CHO+ + e (3) 生成的正离子 CHO+ 与火焰中大量水分子碰
撞而发生分子离子反应：
CHO+ + H2O ──→H3O+ + CO
吸油阱
轴转速可达 60,000 每分钟
旋转 叶片 固定 叶片
机械泵
进油口 油液面
油液面观察窗
10-1 - 10-2 torr
分子涡轮泵
到前级泵
转子 排油口
MOT OR
泵腔
定子
MOT OR
. .. . . .. ... . 高真空泵（扩散泵） .. .. ... . ... . . -5 -6
10 - 10 torr
手动进样应注意的问题

注射速度快
取样准确，重现
避免样品间互相干扰 选用合适的注射器，用10ul进样器进样量不要小于1ul。
减少注射针尖歧视：每次进样速度尽量一致，玻璃毛放在
衬管中间偏下位置，即针尖到达的位置。

取样后可用滤纸拭去针尖外面的残留样品，但要注意不要
吸去针内样品
3. 色谱柱
GC检测器比较
TCD FID ECD AED PID NPD (N) NPD (P) FPD (S) MSD (SIM) (X) (S or N) 10-12 pg ppb 1 ppm = 10-9 ng ppm 1 ng 1 mL = 10-6 mg ppthousand 1 mg Liter = 10-3 mg percent 1m L Liter (SCAN) IRD
氢焰检测器的结构
（1）在发射极和收集极之间加有一定 的直流电压（100—300V）构成一个外 加电场。 （2）氢焰检测器需要用到三种气体：
N2 ：载气携带试样组分；
H2 ：为燃气； 空气：助燃气。 （3）使用时需要调整三者的比例关系， 检测器灵敏度达到最佳。
氢焰检测器的原理
(1) 当含有有机物 CnHm 的载气由喷嘴喷出进入 火焰时，在C层发生裂解反应产生自由基 ：
应 用 烃类、胺类、酚类、农药、 PCBs、挥发油、硫化物等 药物、芳烃类、酚、酯、生 物碱、卤代烃 药物、农药、除草剂、TMS 糖 药物、农药、甾类等 醇类、酯、醛类、溶剂、单 芳、精油等 醇、酸、酯、醛、腈 酯、硝基化合物
5%苯基，1%乙烯基甲基硅氧 烷 7%氰甲基，7%苯基甲基硅氧 烷 50%苯基甲基硅氧烷 聚乙二醇20M