联用技术课件

第13章联用技术13联用技术

13.1联用技术的定义及原理由两种(或多种)分析仪器组合成统一完整的新型仪器，具有单一仪器不具备的卓越性能，它能吸收各种分析技术的特长，弥补彼此间的不足，及时利用各有关学科与技术的最新成就，因此联用技术是极富生命力的一个分析领域。电子计算机技术的迅速发展与广泛应用，大大促进了分析仪器联用技术的发展，电子计算机承担着综合控制的任务，已成为分析仪器联用的重要组成部分之一。目前，分析仪器联用技术已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、生命科学等各个领域。联用技术是指两种或两种以上的分析技术结合起来，重新组合成一种以实现更快速、更有效地分离和分析的技术。13联用技术

13.1联用技术的定义及原理联用技术是指两种以上仪器和方法联合起来使用。这是一种复合的方法，至少使用两种分析技术:一种是分离物质，另一种是检测定量。目前常用的联用技术是将分离能力最强的色谱技术与质谱或其他光谱检测技术相结合。色谱法具有高分离能力、高灵敏度和高分析速度的优点;质谱法、红外光谱法和核磁共振波谱法等对未知化合物有很强的鉴别能力;色谱法和光谱法联用可综合色谱法分离技术和光谱法优异的鉴定能力，成为分析复杂混合物的有效方法。13联用技术

13.1联用技术的定义及原理联用技术的分类(1)色谱-质谱联用(2)色谱-红外光谱联用(3)色谱-原子光谱联用(4)色谱-电感耦合等离子体质谱联用(5)色谱-色谱联用13联用技术

13.2联用技术的分类及优点联用技术的优点联用技术既可以发挥某种仪器(方法)的特长，又可相互补充、相互促进，如色谱-质谱-计算机联用，这些方法的灵敏度达pg、ng级；同时，联用技术增加了获得数据的维数，数据的多维性提供了比单独一种分离技术或光谱技术更多的信息。13联用技术

13.2联用技术的分类及优点①

色谱-质谱联用气相色谱与“四谱”工作条件的适应性13联用技术

13.3常用的联用技术介绍气质联用接口（协调输出/输入的矛盾）工作气压不匹配是实现GC－MS联用的主要困难。GC柱的输出为100kPa，而MS离子源在小于10－3Pa的条件下工作。接口的作用是将GC流出的载气气压降低到MS能够接受的程度，并将样品送入MS离子源接口的类型喷射式分子分离器，早期，适合于填充柱；通过传输线直接连接，适合于毛细管柱。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍喷射式分子分离器的结构作用：①降低气压；②浓缩样品。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍仪器结构13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-MS组成：

GC：低流失毛细管柱载气必须用>99.999%的氦气

离子源：电子轰击源、化学电离源

MS：四极杆质谱仪、离子阱、飞行时间质谱仪

接口：细口径毛细管柱——通过传输线直接连接粗口径——分流

数据系统：计算机数据库

真空系统：分子涡轮泵13联用技术

13.3常用的联用技术介绍气质联用系统提供的信息GC-MS-Computer的工作过程：GC：各组分被色谱柱分离，随时间变化依次从柱子流出，通过接口进入MS。MS：连续扫描MS图，每扫描一张MS图需花费约零点几到几秒钟。总扫描时间＝(扫一张图谱的时间)×扫描次数计算机：将得到的所有MS数据存储起来，供下一步的处理和输出。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍(1)总离子流图（TIC）质谱仪检测到的所有离子信号（不分其质荷比）的总和对时间t作图；相当于气相色谱图。没有组分通过时为基线；当组分流出时，即出现峰。记录方法：TIC检测器；计算机采集和存储连续、重复扫描的信息，然后进行数据处理。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍TIC图中的每一个峰代表一个组分；峰的位置就是该组分的色谱保留时间；峰面积与组分的相对含量有关。某种天然蜡质衍生物的GC－MS总离子流图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍(2)每个组分的质谱图可从质谱图获得组分的分子量和分子结构信息。谱库检索：根据NIST，INCOS，PBM三种算法，将未知物图谱与谱库中的标准图谱比较，匹配度越高，可信度越高。有NIST库，NIST/EPA/NIH库，Wiley库，农药库，药物库，挥发油库等。8810139613联用技术

13.3常用的联用技术介绍序号 化合物名称 序号 化合物名

1 十六碳酸 12 二十九碳烷

29,12-十八碳二烯酸 13 三十碳烷

3 十八碳酸 14 二十六醇乙酸酯

4 二十四碳烷 15 三十一碳烷

5 二十醇乙酸酯 16 结构未定*

6 二十五碳烷 17 三十二碳烷

7 二十六碳烷 18 二十八醇乙酸酯

8 二十二醇乙酸酯

19结构未定*

9 二十七碳烷 20 三十四碳烷 10 二十八碳烷 21 三十醇乙酸酯 11 二十四醇乙酸酯 22～25 结构未定* 由GC－MS确定的某天然蜡衍生物的成分13联用技术

13.3常用的联用技术介绍(3)质量色谱图（提取离子流图）以指定质荷比的离子强度（而不是总的离子流强度）对时间t（或扫描号）作图。是计算机进行数据处理得到的图。优点：可在复杂混合物的TIC图中,迅速找到所需检测的化合物或同系物。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍某天然蜡衍生物的总离子流图和质量色谱图TICMC******m/z88（用于寻找一类成分）13联用技术

13.3常用的联用技术介绍总离子流图（用于寻找微量成分）13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-MS联用仪和气相色谱仪的主要区别1）GC-MS联用方法定性参数增加，定性可靠；2）灵敏度高；3）抗干扰能力强；4）可以用于定量分析；5）方法容易实现套用；6）仪器维护方法。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-MS的应用

凡是能用气相色谱分析的试样，均适合于GC-MS分析，如环境污染物的分析香精、香料的成分分析和质量评价中草药的挥发性成分鉴定药物及其他化工产品的分析毒物、毒品及违禁药物的鉴定和检测等等。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍（1）GC-MS定性分析分析条件的设定

GC条件：同普通CGCMS条件：扫描方式，扫描范围，扫描速度,灯丝电流，倍增器电压等定性分析

进样，电离，质谱数据的采集，谱图检索13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-MS定量分析依据用总离子色谱图定量用质量色谱图（提取离子色谱图）定量用选择离子色谱图定量（SIM，选择离子监测）

对串联质谱还可以用MRM（SRM，反应离子监测）定量GC-MS定量分析方法：内标法，外标法，归一化（2）GC-MS定量分析13联用技术

13.3常用的联用技术介绍有机氯农药的GC-MS总离子流图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍LC-MS联用(1)概述质谱技术的研究热点集中于两个方面：其一是发展新的软电离技术，以分析高极性、热不稳定性、难挥发的大分子有机污染物；其二是发展液相色谱与质谱联用的接口技术，以分析环境复杂体系中的痕量污染物组分。对于高极性、热不稳定、难挥发的大分子有机化合物，使用GC-MS有困难，液相色谱的应用不受沸点的限制，并能对热稳定性差的试样进行分离、分析。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍13联用技术

13.3常用的联用技术介绍LC-MS联用实现LC-MS的困难

1)LC流动相对MS工作条件的影响1mL溶剂气化生成500-1300mL的蒸气，而质谱仪只能接受10mL/min气体流量。有时流动相中含难以挥发的缓冲盐2)质谱离子源温度、电离方式不适宜液相色谱所分析的样品。LC-MS系统组成及工作原理LC-MS由液相色谱、接口和质谱仪三部分构成。其工作原理是：从LC柱出口流出液，先通过一个分离器，如果所用的HPLC柱是微孔柱(1.0mm)，全部流出液可以直接通过接口，如果用标准孔径(4.6mm)HPLC柱，流出液被分开，仅有约5%流出液被引进电离源内，剩余部分可以收集在馏分收集器内，当流出液经过接口时，接口将承担除去溶剂和离子化的功能。产生的离子在加速电压的驱动下,进入质谱仪的质量分析器。整个系统由计算机控制。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍接口系统功能1）脱溶剂2）使被测物电离13联用技术

13.3常用的联用技术介绍电喷雾电离（ESI，接口+软电离技术）RayleighLimitReached++++++++++-----++++++++++-----++++++--++++++--Evaporation++ChargedDroplets试样离子准分子离子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++++--其他离子13联用技术

13.3常用的联用技术介绍特点：是LC-MS的基本配置接口是一种软电离方式，适合稳定性差、极性大、分子量大的物质的电离。主要生成准分子离子（[M+H]+、[M-H]-、[M+Na]+等），生物大分析产生多电荷离子。灵敏度高不能进行谱库检索不适用于非极性化合物的分析13联用技术

13.3常用的联用技术介绍

LC-MS(四极杆)联用仪器结构示意图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍液相色谱-质谱联用样品配制①样品要力求纯净，不含显著量的杂质，尤其是分析蛋白质和肽类(这两类化合物在ESI上有很强的响应)。②不含有高浓度的难挥发酸(磷酸、硫酸等)及其盐，难挥发酸及其盐的侵入会引起很强的噪声，严重时会造成仪器喷口处放电。③样品黏度不能过大，防止堵塞柱子、喷口及毛细管入口。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍液质联用的应用医药、临床：药物代谢、药物动力学、杂质分析、天然产物分析、疾病诊断生物化学：肽、蛋白质、寡核苷酸、糖环境化学：农药和农残分析、有机污染物、土壤/食品/水分析食品科学：香料、添加物、包装物、蛋白质、致癌物化学：有机合成物13联用技术

13.3常用的联用技术介绍②色谱-傅立叶变换红外光谱联用(GC-FTIR)概述红外光谱是重要的结构检测手段，它能提供许多色谱难以得到的结构信息，但是它要求所分析的样品尽可能简单、纯净，而不是复杂的混合物。所以将色谱技术的优良分离能力与红外光谱技术独特的结构鉴别能力相结合，就可以获得取长补短的效果，无疑是一种很具有实用价值的分离鉴定手段。红外光谱仪成为色谱的“检测器”，这一“检测器”是非破坏性的，并能提供色谱馏分的结构信息。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍（1）GC-IR联用的作用MS一般难于区分同分异构体，IR是很好的补充。（2）实现GC-IR的困难

扫描速度、灵敏度、物理状态均不匹配

（3）解决方法

FTIR：具有信噪比好、扫描速度快等优点，与GC的匹配性大大提高。

物理状态：测气体红外。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-FTIR系统组成13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-FTIR接口示意图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍接口--光管用硼硅玻璃制成；两端装有KBr盐窗，红外干涉光可以通过；内壁镀金，有高的反射率，红外干涉光在其中多次反射，增加光程以提高灵敏度；可加热，保证GC流出物不在此冷凝；适当的容积，以获得最佳分辨率和灵敏度；尾吹装置：用以解决毛细管GC柱与传输线（i.d.2mm）、光管(1mm)中线速变化的问题。即柱外效应的问题13联用技术

13.3常用的联用技术介绍13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-FTIR三维实时显示图波数时间吸光度13联用技术

13.3常用的联用技术介绍化学图(官能团色谱图)指定官能团频率范围对时间所作的图；是一个“色谱图”，每个峰代表一个组分；包含的信息比一般的色谱图多，它体现了化合物类型或所含官能团的信息；与GC-MS中的质量色谱图作用相似。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍1200～11001600～15001780～16803050～29503650～3550例：乙醇、丙酮、乙酸乙酯和苯的混合物的化学图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍红外重建色谱图GC-FTIR采集的数据经计算机处理后得到的红外吸收信号对时间所作的图。积分吸收重建图(红外总吸光度重建图TIA)，相当于GC-MS中的总离子流图(TIC)。Gram-Schmidt重建色谱图扣除了载气背景的积分重建图。最大重建色谱图对每个峰的最大吸收进行积分重建,相当于GC-MS中的RTIC图。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍积分吸收重建图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍Gram-Schmidt重建色谱图13联用技术

13.3常用的联用技术介绍GC-FTIR应用与GC-MS相比在鉴定同分异构体方面占优势。如芳环的替代位置，顺反异构，环连接方式，环上异构等存在问题：灵敏度比GC-MS低，一般低两个数量级。高沸点样品的分析有困难。因光管使用温度受限制。蒸气相红外光谱图库中谱图数量较少。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍LC-FTIR联用系统组成13联用技术

13.3常用的联用技术介绍③色谱-原子光谱联用概述人们在研究微量元素时不仅仅要研究其含量是多少,而且还要研究这些微量元素的价态和存在形态。测定不同价态和不同形态的微量元素方法有：①利用分离仪器将不同价态和不同形态的微量元素先进行分离,然后再用测量仪器分别测定这些不同价态和不同形态的微量元素的含量。②利用不同价态和不同形态的微量元素具有不同的化学和物理性质(如不同的颜色反应)来分别测定不同价态和不同形态的微量元素。③利用化学分离(如沉淀分离、萃取分离等)后,再分别用仪器测定。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍色谱-火焰原子吸收光谱仪联用系统结构13联用技术

13.3常用的联用技术介绍色谱-原子荧光光谱仪联用系统13联用技术

13.3常用的联用技术介绍色谱-电感耦合等离子体原子发射光谱仪联用13联用技术

13.3常用的联用技术介绍④高效液相色谱-核磁共振联用HPLC与NMR的比较及联用存在问题

HPLCNMR分析对象

有机物样品状态

液态操作温度

室温扫描时间

大体相同操作方式连续流动间歇灵敏度

g～ngmg溶剂

普通氘代溶剂13联用技术

13.3常用的联用技术介绍

主要取决于核磁共振技术的提高和发展（1）灵敏度仪器方面：高频仪器的使用：NMR的信噪比与磁场强度的平方成正比，800MHz(18.79T)与100MHz(2.35T)仪器相比，信噪比增大约64倍。用新技术提高信噪比：软件滤波，消噪技术操作参数的影响：提高LC柱的负载量内径4.6mm色谱柱，合适的负载量为100μg。采用停流技术增加检测的有效时间（多次扫描累积）。把射频线圈直接绕在流通池壁上，减少死体积。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍

（2）溶剂使用氘代溶剂使用脉冲序列等溶剂抑制技术13联用技术

13.3常用的联用技术介绍联用方式在流模式；停流模式；峰存储模式实验布局泵、注入阀、色谱柱和紫外检测器组成的LC系统，通过一条2-2.5m的特制毛细管连接到NMR液相探头上，探头底部有阀控制NMR测定方式。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍

连续流动模式LC的载液带着试样组分连续不断流入NMR的流动腔，NMR仪器用溶剂峰抑制技术采集NMR谱图，得到化学位移－LC保留时间的假二维谱。得到的谱图分辨率和信噪比差。

停流技术（时间切割谱）当色谱峰的最高点到达流动腔的检测位置时，关闭液相探头底部的进口阀，同时LC的泵停止工作，NMR进行采样直到获得满意的谱图。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍

峰存储模式(peakparking)

实际上是一种离线模式。由LC流出的峰存储在毛细管回路中，然后通过适当的阀系统依次送入NMR探头中进行NMR测定，LC分析过程不中断。体系中有三个阀，12个存储峰的毛细管回路，整个过程由计算机控制。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍三种联用模式的比较流动模式：灵敏度和信噪比差，适合于测定富核，如1H、19F、31P和富集的13C、15N；对1H最小检测量（16次累加）为10g（500MHz），30g（300MHz）；停流模式：有较好的灵敏度，可测1H、13C、15N等。最小检测量1H为1g；峰存储模式：与停流模式类似。13联用技术

13.3常用的联用技术介绍13联用技术

13.3常用的联用技术介绍⑤色谱-电感耦合等离子体质谱联用ICP-MS元素分析技术特点①谱图简单,分析速度快,动态范围宽