第一节 色谱和质谱技术概述

3.1 质谱法简史
1886年，Goldstein发现正电荷离子 1898年，Wien利电场和磁场使电荷离子偏转 1906年，Thomson （物理学奖得主）电荷在气体中 的运动现象并于1910年得到第一张质谱图 1912年，Thomson研制世界上第一台质谱，氚同位素 被发现 1917年，Fenn发明电喷雾电离技术（ESI）
色谱、质谱及其联用仪生产厂家
美国力可 美国沃特世
美国安捷伦 美国珀金埃尔默
美国SCIEX 德国布鲁克
美国赛默飞 北京东西分析
上海舜宇恒平 日本电子 天津博纳艾杰尔
上海俊齐 日本岛津 德国LC-Tech
任重而道远的青年们！！
电喷雾电离质谱（ESI-MS），基质辅助激光解吸电离 质谱（MALDI-MS），大气压电离质谱（API-MS）等。
有机质谱法的分类 1.按进样方式分类
直接进样质谱 ，气相色谱-质谱联用（GC-MS） ，液相 色谱-质谱联用（LC-MS）。
2. 按离子化方式分类
电子轰击质谱（EI-MS），化学电离质谱（CI-MS），快 原子轰击质谱（FAB-MS），电喷雾电离质谱（ESI-MS）等。
同分异构体、旋光异构体
（5）应用范围广
生命科学、化学、化工、环境、材料、医学、医药等。
（6）可收集分离组分 不破坏化合物结构，可提纯制备。
（7） 工业生产
不足之处：
（1）液相色谱所使用流动相是环境不友好型 （2）定性分析过程复杂，即定性能力差。
3. 质谱法简介
质谱：一种测量离子质荷比的仪器。
工作原理：利用电磁学原理，使带电的样品离子按 质荷比进行分离的装置。
分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱、凝胶色谱等
2.4 色谱法的特点
（1）分离效率高 柱效可以达到106塔板/m，可用于含复杂组分体系的分离
（2） 灵敏度高 检测量可达10-9-10-12 g，用于微量和痕量分析
（3） 分析速度快 单个化合物甚至可以在1 min内分析完成，多个化合物可在
几分钟至几十分钟内完成。 （4） 选择性高
第一节 色谱和质谱技术概论
1. 检测农药残留的常用方法 2. 色谱法简介 3. 质谱法简介 4. 色谱质谱联用法简介
1. 检测农药残留的常用方法
光谱法 ➢ 荧光光谱法、近红外光谱法、拉曼光谱法等 活体检测法 ➢ 家蝇、两栖动物、鱼类、鼠类等 生物传感器 ➢ 电化学、光、压电晶体、分子印迹聚合物（MIP）等 酶抑制法 ➢ 乙酰胆碱酯酶—速测卡纸法、比色法等
1918年，Demspster研发出电子轰击电离源及磁聚焦 质量分析器 1939年， Orlando发明傅里叶离子回旋共振质量分 析器（FTICR）而获诺贝尔物理学奖 1946年，Stephens发明飞行时间质量分析器（ToF） 1953年，Paul等发明四级杆质量分析器 1956年，Gohlke和Mclafferty制造了气相色谱质谱 联用仪（GC-MS）
➢ 1941年，Martin和Synge提出色谱塔板理论模型；发 明了液液分配色谱，分离出羊毛中的氨基酸。1952 年被授予诺贝尔化学奖。
➢ 1946年，Martin确定了保留值与热动力学平衡常数 间的关系。
➢ 1952年，Martin和James从理论和实践方面完善气液 分配色谱，分离挥发性脂肪酸。第一台气相色谱 （GC）诞生，色谱学成为分析化学的重要分支学科。
色谱质谱联用法的应用
➢ 医药学：药物代谢、药物动力学、杂质分析等 ➢ 生物化学：肽、蛋白质、寡核苷酸、糖等 ➢ 环境化学：农残分析、有机污染物、土壤/食品/水分析等 ➢ 临床医学：新生儿检查、糖化血红蛋白、血红蛋白变异 ➢ 食品科学：香料、添加物、包装物、蛋白质、致癌物 ➢ 法医学：滥用药物、爆炸物、兴奋剂检测 ➢ 兽医学：兴奋剂、磺胺类药物、抗体 ➢ 合成化学：有机金属化合物、有机合成物 ➢ 有机化学：表面活性剂、染料
参考教材或资料
6.Sparkman, Oenton, Kitson. Gas Chromatography and Mass Spectrometry (2 nd). 北京，科学出版社， 2013. 7.刘虎威. 气相色谱方法及应用（第二版）. 北京，化学工业 出版社，2007. 8.于世林. 图解气相色谱技术与应用（第一版）. 北京，科学 出版社，2010. 9.台湾质谱学会. 质谱分析技术原理与应用（第一版）. 北京， 科学出版社，2019. 10.盛龙生. 有机质谱法及其应用（第一版）. 北京，化学工业 出版社，2018.
实现多组分分离、定性、定量、未知化合物筛 选等工作。
四个阶段： 1、解决接口和磁场快扫描问题，以填充柱色谱与 磁质谱联用成功为标志； 2、解决联用仪计算机数据处理问题，以填充柱色 谱-四极质谱-计算机三机联用成功为标志； 3、小型台式色谱质谱联用，计算机开始控制联用 仪主机； 4、主机一体化全自动色谱质谱联用仪系统。
流动相 气体
液相色谱法（LC）
液体
超临界流体色谱 法（SFC）
超临界流体
固定相 液态 固态 液态 固态
类似LC
类别 气液色谱（GLC） 气固色谱（GSC） 液液色谱（LLC） 液固色谱（LSC）
➢ 按色谱分离载体分类
平面色谱：薄层色谱、纸色谱等 柱色谱：柱层析、液相色谱、气相色谱等
➢ 按色谱分离机理分类
（1）强大的定性功能
直接通过母离子和碎片离子实现定性 未知物的结构鉴定 测定准确分子量（<2 ppm）
（2）更为完美的定量功能
抗干扰能力强 选择性高 灵敏度高 分析速度快
4. 色谱质谱联用法简介
液相、气相、离子、毛细管电泳、电感耦合 等离子体、微流控芯片等技术与质谱联用的仪器， 同时具备色谱和质谱的功能。
3.按质量分析器分类
单聚焦质谱，双聚焦质谱，四极杆质谱，飞行时间质谱 ，离子阱质谱，傅里叶变换质谱等。
按质量分析器的工作原理分：
静态仪器：采用稳定磁场，按空间位置区分不同质 荷比的离子
单聚焦和双聚焦质谱
动态仪器：采用变化的电磁场，按时空来区分不同 质荷比的离子
飞行时间和四极滤质器式质谱
3.3 质谱法的特点
➢ 1956 年 ， van Deemter 等 提 出 了 色 谱 速 率 理 论 ； Golay发明了毛细管柱。
➢ 1963年，Giddings等开发了高压液相色谱 ➢ 2004年，超高效液相色谱（2015年，150 MPa）
2.2 色谱法分离的基本原理
当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发 生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异， 与固定相之间作用力的大小、强弱差异，随着流动相的移动 ，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被 固定相滞留时间不同，从而按一定次序由固定相中流出。
2. 色谱法简介
1903年3月，华沙自然科学学会生物学会：
On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis
1906年，‘色谱’一词第一次出现
Like light rays in the spectrum, the different components of a pigment mixture, obeying a law, are resolved on the calcium carbonate column and then can be qualitatively and quantitatively determined. I call such a preparation a chromatogram and the corresponding method the chromatographic method.
免疫分析法 ➢ 酶联免疫技术（ELISA）、放射免疫分析（RIA）等 色谱法 ➢ 薄层色谱、高效液相色谱（HPLC）、气相色谱
（GC）、毛细管电泳（CE）等 色谱质谱联用法 ➢ 液相色谱质谱（LC-MS(/MS)）、气相色谱质谱（ GC-
MS(/MS) ）、LC-电感耦合等离子体质谱（LC-ICP-MS）
俄国植物学家 Tsweet
Fra Baidu bibliotek
碳酸钙
2.1 色谱发展简史
➢ 1931年，Kuhn等用氧化铝和碳酸钙吸附剂分离α-， β-和γ-胡萝卜素并结晶，随后分离出60多种类胡 萝卜素并测定结构式。1938年，Kuhn被授予诺贝尔 化学奖。
➢ 1940年，Wilson发表第一篇关于色谱理论的论文， 假设完全平衡和线性吸附等温曲线。
第五章
农药残留分析检测技术 —色谱质谱技术
主讲教师：胡继业教授 助课教师：董必章讲师
本章内容
第一节 色谱和质谱技术概论 第二节 色谱分析基础 第三节 气相色谱法 第四节 高效液相色谱法 第五节 质谱分析基础 第六节 质谱仪 第七节 色谱质谱方法的建立流程
参考教材或资料
1.于世林. 色谱过程理论基础（第一版）. 北京，化学工业出 版社，2019. 2.于世林. 高效液相色谱方法及应用（第三版）. 北京，化学 工业出版社，2019. 3.欧俊杰, 邹汉法等. 液相色谱分离材料—制备与应用（第一 版）. 北京，化学工业出版社，2016. 4.宓捷波, 许泓. 液相色谱与液质联用技术及应用（第一版）. 北京，化学工业出版社，2018. 5.齐美玲. 气相色谱分析及应用（第二版）. 北京，科学出版 社，2018.
1984年，第一台ESI-MS宣告诞生 1985年，田中耕一发明基质辅助激光解吸电离技术 （MALDI）质谱 1988年，ESI-MS首次应用于蛋白质的分析 2000年，Makarov发明静电场轨道离子阱质量分析器 2004年，Cooks等发明解吸电喷雾电离（DESI） 2005年，Cody等发明实时直接分析
3.2 质谱法的分类
按用途分： 1.无机质谱法
火花源双聚焦质谱（SSMS），电感应耦合等离子体质谱 （ICP-MS）和二次离子质谱（SIMS）等。
2.同位素质谱法
小型低分辨同位素质谱：轻元素(H，C，S等) 大型高分辨的同位素质谱：重元素(U，Pu，Pb等)
3.有机质谱法 ——用途最广的质谱法 4.生物质谱法
作用力：取向力、诱导力 、色散力、氢键力、络合 作用力等
2.3 色谱法的分类
➢ 按分离规模分类
色谱法 分析型色谱
质量范围 μg-mg
色谱柱内径/mm 2.1-10
实验室制备色谱 中试制备型色谱
生产型色谱
mg-g g-kg kg-t
11-25 26-80 81-1500
➢ 按流动相和固定相分类
色谱法 气相色谱法（GC）