色谱联用技术

关于色谱联用技术色谱的定性分析气相色谱-质谱联用技术气相色谱-傅里叶红外光谱联用技术液相色谱-质谱联用技术液相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技术第2页,共72页，2024年2月25日，星期天气相色谱-质谱联用技术关键技术问题仪器接口除去色谱柱后流出物的载气，保留组分协调色谱仪和质谱仪之间的压力和流量(抽真空)质谱扫描速度满足气相色谱出峰速度快第3页,共72页，2024年2月25日，星期天第4页,共72页，2024年2月25日，星期天第5页,共72页，2024年2月25日，星期天进样系统:将分析样品导入离子源的装置;包括:直接进样,GC,LC及接口,参考物或靶气气体进样等离子源:使被测样品分子离子化成为带电离子的装置,并对离子进行加速使其进入分析器

质量分析器:将离子按不同质荷比(m/z)大小分离的分析部分;离子通过分析器后,按不同质荷比分开,并将相同的质荷比离子聚焦在一起,从而形成质谱。

检测分析器:接收离子束并将电信号放大的装置

控制及数据处理系统:处理并给出分析结果,现代计算机还可以控制质谱仪进行各项工作真空系统:利用机械泵,扩散泵或分子泵等,抽取离子源和分析器的空气并达到高真空,使离子从离子源到达接收器质谱仪的组成及其主要作用

第6页,共72页，2024年2月25日，星期天基本原理 磁聚焦质谱四级杆质谱飞行时间质谱第7页,共72页，2024年2月25日，星期天磁聚焦质谱如果在离子源被电离的样品分子质量为m，电荷为z(e)，(S1)加速电压为V，（电场作用能量为：zV；则离子被加速的速度为v，获得动能为：1/2mv2。

1/2mv2=zV(1)受到磁场（磁场强度B）中磁力的作用，沿磁场曲线半径R的轨道发生偏转，在做曲线运动时，此离子受到离心力作用，即mv2/R。同时，该力与磁力（向心力）zvB达到相当时，此离子才能通过磁场，进入检测系统被记录。

mv2/R=zvB(2)第8页,共72页，2024年2月25日，星期天一、单聚焦磁质谱离子源内：磁场中：向心力：zeV=(1/2)mv2

离心力：zevB=(mv2)/rmz:电荷数，V：加速电压，m：离子质量B：磁场强度，rm：运动的曲率半径不同质荷比离子的偏转半径不同V:有8000v和10000vm/z=(ermB2)/(2V)

磁场的作用：1.质量色散

2.方向聚焦第9页,共72页，2024年2月25日，星期天第10页,共72页，2024年2月25日，星期天发展最快：毛细管气相色谱与四极杆台式质谱联用结构简单、体积小、扫描速度快、灵敏度和分辨率相对小，但能满足一般实验室要求通过加在四极杆上的交变电压，改变电压和频率进行扫描。从而允许一定质量（速度）的离子通过四极场到达接受器（是电场扫描）。四极杆台式质谱第11页,共72页，2024年2月25日，星期天通过加在四极杆上的交变电压，改变电压和频率进行扫描。从而允许一定质量（速度）的离子通过四极场到达接受器（是电场扫描）。

m/z=2E/v2

其中：E=电压（离子动能），v=离子速度

四极（型）质谱优点扫描速度快，价格便宜，体积小，目前已开发出台式仪器被广泛使用。质量范围窄，分辨率有限（目前，还不能测定高分辨）缺点第12页,共72页，2024年2月25日，星期天++++第13页,共72页，2024年2月25日，星期天利用相同能量的带电离子，由于质量的差异而具有不同速度的原理，实现不同质量的离子以不同时间通过相同的漂移距离（领域）到达接受器。飞行时间质谱第14页,共72页，2024年2月25日，星期天利用相同能量的带电离子，由于质量的差异而具有不同速度的原理，实现不同质量的离子以不同时间通过相同的漂移距离（领域）到达接受器。m/z=2E/v2,v=d/t代入左式得到m/z=Kt2(k=2E/d2)(d：飞行距离；t：飞行时间)飞行时间质谱仪优点扫描速度快，灵敏度高，质量范围宽，结构简单，造价低廉等缺点分辨率相对低。但是，现在已经提高到10000以上分辨率第15页,共72页，2024年2月25日，星期天FlightTubeDetectorIonSourceWhatisTimeofFlight(TOF)?Thelighterionsstrikethedetectorbeforetheheavierions.This“timeofflight”canbeconvertedtomass4-25kV第16页,共72页，2024年2月25日，星期天质谱分析的主要电离技术及其应用范围：EI-MS:高挥发性、一般分子量≤1,000Da的化合物CI-MS:高挥发性、一般分子量≤1,000Da的化合物FAB-MS:热不稳定、难挥发性、中等极性，分子量≤3,000Da的化合物……ESI-MS:热不稳定、中至高极性，可检测到数十万Da分子量的化合物，混合物，此外（包括APCI-MS，相对弱极性分子）真正实现了LC-MS技术。MALDI-(Tof)MS:主要用于蛋白质等生物大分子的测定（可检测到近百万Da分子量）。第17页,共72页，2024年2月25日，星期天EICIFABESIMALDI第18页,共72页，2024年2月25日，星期天电子轰击电离方法（EI）是通过具有一定能量的（轰击）电子直接作用于被气化的样品分子，使其电离的离子化技术；分别实现样品的气化与离子化的典型方法，也是应用最长久的经典方式。由于首先对被测样品在进样系统中的玻璃管或金属管中加热气化，同时在一定能量的电子轰击下实现电离，因此EI技术属于‘硬’电离方法。EI法（ElectronImpactIonization）第19页,共72页，2024年2月25日，星期天M+e-

Mz++(z+1)e-(z

1)(1)M+e-

M-

•(2)第20页,共72页，2024年2月25日，星期天技术成熟，离子源结构简单；峰重现性好，具有标准数据及图谱库、适用于检索；离子化效率高，碎片离子多，提供一定的结构信息缺点（应用范围比较窄）

不适合极性大、热不稳定性化合物；分子量有限，一般≤1,000Da。第21页,共72页，2024年2月25日，星期天CI法亦是一种样品的汽化与离子化分别实施的电离法典型它也不适合对易热分解的化合物，但是，因为要利用离子分子反应来实现离子化，因此是‘软电离’法。是其它软电离法，如FAB、MALDI、APCI、TSP等的基础，同时是气相离子化学的主要技术。在CI离子源中，首先用电子轰击导入的反应气体，使其离子化。化学电离法（CI,ChemicalIonization）第22页,共72页，2024年2月25日，星期天 由于离子源中充满反应气体，而且相对为高压（1~数Torr,即~102级Pa），因此发生多次离子—分子碰撞，通过交换电荷发生离子—分子反应，还与过量的反应气体发生‘二次’离子等。B+e-

B+•+2e-(1)(电子电离)B+•+B

(B+H)++(B-H)•(2)（氢转移）

(B-H)+or(B-H)-(3)（多次反应）

b-orb-

•(4)（碎片离子）

B+e-

B-

•(5)第23页,共72页，2024年2月25日，星期天第24页,共72页，2024年2月25日，星期天概念快原子轰击电离法是，用高速原子（离子）枪射出的数kV的高速中性原子束（Ar,XeorCs+离子）对溶解在底物中的样品溶液进行轰击，产生[M+H]+or[M]+

等离子的电离法。

FAB法的关键是选择适当的（基质）底物，从而,可以进行从低极性到较高极性的范围较广的有机化合物测定，是目前应用比较广的电离技术。快原子轰击法(FAB,FastAtom

Bombardment)第25页,共72页，2024年2月25日，星期天当高速中性原子(离子）轰击底物溶液后，在发生‘爆发性’汽化的同时，发生分子间冲突，离子—分子反应，从而，产生（解离性）氢质子转移反应[1]和[2]式及[3]式，以及与（电子轰击法相似）的轰击离子化反应[4]等.

(M+B)+Afast

[M+H]++[B-H]-+A[1](M+B)+Afast

[M-H]-+[B+H]++A[2]M+[B+H]+

[M+H]++B[3](M+B)+Afast

M+

+B+A+e-[4]

M：样品分子B：底物分子

Afast:高速原子（离子）第26页,共72页，2024年2月25日，星期天

产生的分子离子一般，常见的[M+H]+离子根据底物脱氢以及分解反应产生的[M-H]+容易提供电子的芳烃化合物产生M+•甾类化合物、氨基霉素等还产生[M+NH4]+糖甙、聚醚等一般可（产生）观察到[M+Na]+第27页,共72页，2024年2月25日，星期天大气压电离技术（atmosphericpressureionization,API）顾名思义是一种常压电离技术，它不需要真空API技术包括电喷雾（ESI）和大气压化学电离（atmosphericpressurechemicalionization,APCI）两种离子化技术电喷雾离子化法（ESI，ElectrosprayIonization）第28页,共72页，2024年2月25日，星期天第29页,共72页，2024年2月25日，星期天样品溶液由泵输送从毛细管流出的瞬间，在雾化气（N2）、强电场（2～5kV）和近于大气压的干燥气体（N2）的作用下，溶液在毛细管端口发生喷雾，产生高电荷的液体微粒（液滴），所以称之为‘电喷雾随着液滴中溶剂的挥发液滴逐渐缩小，当电荷间的斥力克服了液滴的内聚力时，发生“库仑爆炸”（Coulomicexplosion）。较小的液滴继续蒸发，电场增强，离子向表面移动，表面的离子密度越来越大，最终导致离子从表面蒸发，产生单电荷或多电荷离子第30页,共72页，2024年2月25日，星期天它是（目前）最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可以测定不稳定的极性化合物，并可直接测定混合物。多电荷离子的形成，可以分析生物大分子，如蛋白质和寡核苷酸等。通过调节离子源参数（改变取样锥体电压），可以控制离子在离子源内的断裂，从而给出结构信息（源内CID）。主要特点第31页,共72页，2024年2月25日，星期天FAB-MS谱ESI-MS谱第32页,共72页，2024年2月25日，星期天基质辅助激光解吸离子化法MALDI（Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization）第33页,共72页，2024年2月25日，星期天试样溶解或悬浮于基质中，激光束辐射到基质和试样分子上。基质吸收激光束能量后汽化，部分试样分子伴随基质的汽化而解吸。基质吸收大部分激光能量，减少了试样分子被激光能量破坏及过度电离成碎片离子。激光：固体氮激光，紫外光波长：337nm

功率：106~108W/cm2

脉冲时间：10-6~10-9秒第34页,共72页，2024年2月25日，星期天气质联用的条件柱条件1-2mL/min，最大5mL/min内径0.25-0.32mm扫描条件选定质量范围选择离子检测第35页,共72页，2024年2月25日，星期天总离子流图质量碎片图气质联用给出的信息第36页,共72页，2024年2月25日，星期天第37页,共72页，2024年2月25日，星期天气质联用质谱谱库及检索简介电子轰击质谱70eV检索标准电离条件按特定程序进行比较相似度由高到低列出化合物第38页,共72页，2024年2月25日，星期天NISTNIST/EPA/NIHWiley库农药库、药物库、挥发油库常用的质谱谱库：检索方式：在线检索离线检索第39页,共72页，2024年2月25日，星期天电子轰击离子源，70eV谱库中的为纯物质(本底扣除功能)选择合适的质谱图相似度结合其他信息如基峰、分子离子峰及杂原子等用已知标准物质对照定性检索条件：第40页,共72页，2024年2月25日，星期天气象色谱-傅里叶红外光谱联用傅里叶红外光谱仪光源Micheison干涉仪探测器计算机第41页,共72页，2024年2月25日，星期天高分辨率波数精度高扫描速度快光谱范围宽灵敏度高FTIS的特点：第42页,共72页，2024年2月25日，星期天色谱柱选择宽口径，厚液膜的涂璧开管柱柱前气化光管体积与色谱峰体积相匹配光管温度控制在200℃以下GC-FTIR的GC条件：第43页,共72页，2024年2月25日，星期天应用复杂有机混合物定性、定量分析的有效手段

在环保、医药、化工、石油工业、食品、香料和生化等领域第44页,共72页，2024年2月25日，星期天液相质谱联用技术LC-MS联用存在的技术难题压力匹配流量匹配气化问题第45页,共72页，2024年2月25日，星期天LC-MS接口直接液体导入移动带式接口热喷雾接口粒子束接口电喷雾电离接口第46页,共72页，2024年2月25日，星期天LC-MS分析条件的选择：接口的选择正负离子模式的选择流动相的选择温度的选择第47页,共72页，2024年2月25日，星期天第48页,共72页，2024年2月25日，星期天第49页,共72页，2024年2月25日，星期天第50页,共72页，2024年2月25日，星期天第51页,共72页，2024年2月25日，星期天第52页,共72页，2024年2月25日，星期天第53页,共72页，2024年2月25日，星期天液相色谱-傅里叶红外光谱联用多数化合物的红外光谱吸收较弱，要求样品量大HPLC的流动相具有红外吸收第54页,共72页，2024年2月25日，星期天流动池接口：平板式投射柱式投射流动池柱内ATR流动池第55页,共72页，2024年2月25日，星期天第56页,共72页，2024年2月25日，星期天第10章液相色谱样品预处理色谱分析的全过程样品的采集取样点的选择和样品收集，样品的运输和储存样品的制备待测组分与干扰组分分离、转化成可分析形态色谱分析数据处理和结果的表达第57页,共72页，2024年2月25日，星期天液相色谱的要求可溶解不会发或难挥发的样品过滤样品不适合直接分析含量低含有干扰基质,粘滞流体、胶体溶液、固体第58页,共72页，2024年2月25日，星期天混悬液：滤过离心沉降液体：固相萃取液液萃取稀释蒸发蒸馏微渗析冷冻干燥第59页,共72页，2024年2月25日，星期天固体：固液萃取索氏提取强制流动浸出均匀化超声溶解加速溶剂萃取自动索氏提取超临界流体萃取微波辅助提取热提取第60页,共72页，2024年2月25日，星期天第61页,共72页，2024年2月25日，星期天第62页,共72页，2024年2月25日，星期天在水中有较低的溶解度具有挥发性与HPLC检测技术相容具有极性并可形成氢键，以利于提高有机相中