气相色谱和质谱联用技术

2、离子阱
电子倍增管
七、离子的检测
八、数据处理系统
九、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。
Seminar 讨论题目
样品离子化技术 的研究进展。 质谱质量分析器的研究进展。 GC-MS联用技术的应用研究进展。 气相色谱—傅里叶变换红外检测联用系统。 (GC—FTlR） 气相色谱—原子发射检测联用系统。 (GC—ABD) http://ull.chemistry.uakron.edu/gcms/

1、质谱
在某个峰的洗脱期间，由某一时间t1处 平行于质量轴的数据阵列的截面图可产生各 对应化合物的质谱（离子的相对丰度作为质 荷比m/z的函数图）。凭借其特征碎片图， 使质谱成了分子的“指纹”并可通过谱图库 检索或质谱图解析鉴定未知物质。

2、离子色谱
由某一质量m1 处平行于时间轴的上述数 据可获得离子色谱图，即固定质荷比（m/z） 的离子的相对丰度对保留时间的函数关系。 这类信息对于指明个别化合物（如果分子峰 取自全扫描数据阵列）或各组化合物（如果 所取信号是所有被监测化合物都具有的一个 特征碎片离子的信号）是否存在是有用的。 这一操作在有限程度上可给官能团色谱提供 补偿。
第2章 气相色谱和质谱联用技术



可以将联用技术理解为将两种或两种以上的分析 技术连接起来以便得到一种更快、更有效的分析 工具。 两种光谱技术的联用（例如MS和MS） 两种色谱技术的联用（例如LC和GC） 分离技术和光谱技术的联用（例如GC和MS） 更好地体现了联用技术的优点

为满足日益增长的对复杂样品的分析方法的要求。 即便对一些高效的分离技术，例如气相色谱或液相色谱而 言，如果不对随机性加以控制的话，可分离的物质的数目 也是很少的。Hirschfeld证明对具有理论塔板数为1000的 分离柱而言，这个数字是14。实践中，这种限制可通过选 择非随机条件而加以避免，例如优化GC的温度程序或HPLC 的梯度洗脱。 另一种解决办法是采用多维分离。在许多种色谱技术（GC、 HPLC、SFC、TLC）中，这种多维分离方法通常作为样品制 备过程的一部分已经很好地建立起来了。例如，当用固相 萃取作样品富集或纯化时，这基本上就是在气相色谱操作 前加的一个简单的液相色谱操作步骤。如果这种操作是在 两个单独的步骤中完成的，我们称之为样品制备。在联用 系统中，两种技术的结合是在线的。
与EI相比，用CI可获得更丰富的分子离子。 尽管较低程度的碎裂增加了GC—MS的灵敏度， 但它只能提供有限的结构信息。然而，CI的宝 贵特点是它的选择性可以通过试剂气的选择进 行调整。如果使用非常温和的试剂气，例如氨， 则只有非常碱性的化合物(例如胺)可被质子化 和检测。CI谱与实验条件有关，特别是与离子 源压力有关。因此不能比较或检索用不同仪器 获得的CI谱的方法。因为视使用试剂气而言， 既可获得正离子也可获得负离子。
2、化学电离
化学离子化(CI) 在化学离子化中，待测物通过气相离子—分子 反应而被离子化[化学离子化通常产生能够提供分 子质量信息的非常简单的质谱图]。为达此目的， 试剂气(通常为甲烷，异丁烷，氨或水)在较高压力 (0.01—2 Torr)下被引入离子源，通过电子轰击离 子化产生试剂气体离子。待测分子则通过与试剂气 体的一系列反应，将被间接离子化。在此过程中， 只有狭窄分布的少量能量能够通过碰撞转移给待测 分子。这就解释了为什么CI常被称为“软”离子化 技术。软离子化导致较少的碎片。
四、真空系统 Vacuum system

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。

§

机械泵 涡轮分子泵或油扩散泵
涡轮分子泵
A “turbo” pump is able to produce an clean vacuum that is just a few hours and is very reliable.
四种常用检测器的性能指标。
选择
一、概述
色谱-纯物质
纯物质定性、 定量
二、GC/MS过程
离子化
GC
纯物质
MS
碎裂
分离
三、GC-MS接口
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
六、Mass analyzers（质量分析器）
1、四极杆
四极滤质器
四极滤质器由四根 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。
与光谱技术联用说明其长处和效率的一个场合。

一个联用系统的主要问题是一套即色谱运行条件 是否适用于第二种技术的操作条件。通常，它需 在分离技术和检测器之间有一个接口，这是发展 联用技术的本质。在早期，此接口相当复杂并有 局限性，而仪器发展的较后阶段此接口就变得较 为简单，或者变成了分析方法不可缺少的一部分。 它打开了联用技术的新的可能性，并拓宽了其范 围和能力。



由于分子能量分布会直接影响质谱的外观， 且它主要与电子束能有关，因此常把Ee1固定 在一标准数值Ee1＝70 ev上。其理由为： 在这一电子能的作用下可形成最多的离子 Ee1的改变对质谱外观的变化很小 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。

选定离子监测模式（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
联用技术的主要内容

气相色谱-质谱联用技术 GC/MS(本章) 液相色谱-质谱联用技术 LC/MS(下一章) 液相色谱-化学发光法 LC/CL 电感耦合等离子体-质谱法 ICP/MS 毛细管电泳-质谱法 CE/MS 毛细管电泳-化学发光法 CE/CL
Gas Chromatography
油扩散泵
五、样品离子化 Ionization method
1、电子轰击
passes
电子轰击离子化(EI) [电子轰击离子化可产生能 提供结构信息的富碎片质谱图]。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
在电子轰击离子化中，从气相色谱柱进入离 子源的样品分子被钨或铼丝(阴极)发射的并经加 速后奔向阳极的热电子所离子化。当电子与样品 分子碰撞时，电子的部分动能传递给了样品分子， 导致样品分子被激发、碎裂和离子化。
Detector





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

分子分离器 渗透接口 开口分流接口 直接接口
1、分子分离器
2、渗透接口
3、开口分流接口
此接口是在质谱仪上安一个固定的进 口限流器，同时用一个针形阀把部分色谱 流出物旁路掉。这类接口由于可把不同份 额的流出物分出并从质谱仪旁路掉，所以 色谱柱流速的调节更加灵活。
4、直接接口
利用真空密封法兰盘将色谱柱出口直 接插入质谱仪的离子源中。然而，这只适 于具有典型流速1-2 mL/min的小口径毛细 管柱。这一气流仍与现代的MS真空系统相 匹配，且接近于开管毛细管柱的最佳流速。


数据的多维性提供了比单独一种分离技术更多的信息。 这可从以下事实中得到体现：色谱技术可以作很好的分 离和定量，但分离后化合物的鉴定则单靠色谱数据本身 常常是不可能的。而另一方面光谱技术却具有优异的鉴
别能力。利用光谱数据进行鉴定往往是明确的，它可通
过将光谱数据与谱图库对比或通过解析来实现。但前提 条件是产生该色谱峰的化合物必须纯。这就是分离技术
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 臵质量求取数据。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。

总离子色谱（TIC）【总离子色谱图类 似于用火焰离子化检测器获得的信号】。 总离子色谱图（又称为重建离子色 谱图，RIC）是由质谱（或以全扫描模 式记录，或以MID模式记录）中所有质 荷比（m/z）丰度加和所获得的色谱图。 将这一结构对保留时间或扫描次数进行 作图。