GCMS在现代科研、现代检验监测领域中的进展和应用技术.ppt

1、GC/MS在现代科研、现代检验监测领域中的进展和应用技术,康致泉 2004年10月20日,目录,第一部分：有机质谱在现代科研、现代检验监测领域中的地位和进展。 一、现代科研队伍的组成 二、现代科技人员的发展趋向 三、现代科研规划设计的指导思想 四、现代有机质谱向提高灵敏度、减少样品的预处理方向发展 五、现代检验监测领域分析、鉴定的发展 第二部分：GC/MS在现代科研、现代检验监测领域中的应用技术与色谱技术的异同点 一、GC/MS选择毛细管柱的三项基本原则 二、GC/MS选择毛细管柱的规格 三、GC/MS毛细管柱的老化技术 四、GC/MS研究常用柱型流失和质谱空白的重要性 五、GC/MS灵敏度的

2、测试和维护的重要性 六、GC/MS参数设置与作出合理性谱图的关系 七、GC/MS数据处理与库检索中合理性谱图的关系 八、分子离子峰的辨别与合理性谱图的关系 九、试剂、标样的纯度分析与选择不可轻信标签 十、做好GC/MS分析应重视的问题,第一部分有机质谱在现代科研、现代检验监测领域中的地位和进展,一、现代科研队伍的组成：,现代科研是由现代科研管理、现代科技队伍，现代物质技术条件三部分组成，但就科研队伍中的科技人员来讲：科技队伍主要由实验人员和仪器分析人员组成。从一定程度上讲，高水平的科技人员与现代分析仪器相结合是衡量一个研究、生产单位的重要标准。 二、现代科技人员的发展趋向： 现代科技人员除由完

3、备的外语、计算机、专业基础外都向掌握一、两门现代分析仪器方向发展，用以实现所从事的科研规划和方案。从现代科研角度来讲，有什么水平的仪器设备，就有什么水平的科学数据，就研究出什么水平的成果。因此，现代分析仪器不仅起着眼睛的作用，而往往在科研中起先导作用，是现代生产力的具体实现。,三、现代科研规划设计的指导思想 1、首先研究用什么水平的仪器设备，用什么水平的研究方法，以达到什么水平的研究成果。而后方是在此指导思想的指导下配备所需要的科技人员。目前，国际上重大科研项目的实施，都遵循这一思维。 2、对研究项目的完成，以物质技术为基础的分析研究与思维研究的比例一般为7：3，甚至到8：2。也就是说研究项目

4、的完成，是在一定思维研究的指导下，主要靠由一定技术水平的科技人员动手去实践完成。从中看出现代分析技术在现代科研中的重要性。 3、由于现代有机质谱的发展，使与有机化学有关的研究方法都发生了重大变化。将样品的预处理方法、分析方法、鉴定方法提高到新的水平。因此，有机质谱成为现代化学学科中核心仪器之一。在有机化学中没有有机质谱很难对新的有机化合物的结构进行痕量、快速、准确地定性、定量鉴定。,四、现代有机质谱向提高灵敏度、减少样品的预处理方向发展：,1、现代有机质谱小型化、自动化、智能化、专用化是特点 2、现代有机质谱向提高灵敏度的方向发展，近十几年来GC/MS的灵敏度迅速提高，列表如下：,3、现代有机

5、质谱向减少预处理、提高分离效果方向发展：,（1）配置温度程升技术进行分离 （2）配置载气程升技术进行分离 （3）配置进样口程升技术进行分离 （4）配置不同进样技术进行分离：柱上进样，冷柱头进样、分流进样、不分流进样4、顶空进样、裂解进样、脱附管进样、冷阱进样等等 （5）多维毛细管分割分离 （6）多柱连柱法进样分离 （7）多气路连柱法进样分离 （8）特种柱型高效进样分离：特种柱型、整体柱柱效2万、小颗粒高效柱柱效十几万（LC/MS） （9）不同电离技术分离鉴定：GC/MS/MS, LC/MS/MS，用子离子鉴别母离子，分离难分离的混合物 （10）软件处理分离：特征离子定性、定量、重建TIC图定量

6、、鉴别混和峰等 （11） 高灵敏度、提高扫描速度,五、现代检验监测领域分析、鉴定的发展：,1、农残、毒物、药物、食品安全的分离鉴定 （1）痕量： pg/l, fg/l级。用高灵敏度的有机质谱：GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT 等 （2）结构定性：用3到4个子离子确认母离子，用高灵敏度的GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT等 （3）不出分子离子峰：有机质谱配置化学电离，CI性能，化学修饰后用GC/MS/MS, LC/MS/MS等 （4）痕量混合物：用高效柱不能分离时，用GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT 用子离子进行鉴别 2、打假

7、分离鉴定： （1）痕量 （2）混合物 （3）定结构 3、传统GC、LC分离鉴定方法，已被现代有机质谱痕量、快速、准确的结构鉴定方法所代替，GC、LC发挥其分离的功能。如此，方能与国际接轨，如此，方能解决进出口相互制约问题,第二部分 GC/MS有机质谱在现代科研、现代检验监测领域的应用技术与色谱应用技术的异同点,1、柱效要高： 因大部分样品只在少数几根毛细管柱上进行分析研究。由于现代毛细管柱的涂渍不仅每米塔板数高，而且随着毛细管的增长，总柱效更高。高柱效补偿了固定相选择性的不足，这样就扩大了毛细管柱对样品的分析范围，提高了对混合物分离效果，缩短了分离时间。 高柱效可将被分离的样品得到区域宽度很窄

8、的峰，使峰不拖尾，也就是提高了将混合物分离成单个化合物的能力。 高柱效对位置异构体有较好的分离效果 2、柱惰性要好： 柱惰性不好，表面活性大，增大对样品的吸附性，不仅产生样品峰峰型拖尾，而且使有关样品的响应值降低或不出峰，不能作痕量分析。柱惰性不好，也会降低毛细管柱的热稳定性，增大柱流失，影响作出合理的质谱图。柱子产生的不可逆吸附、可逆吸附、催化降解反应都与柱惰性等有关系。是GC/MS联用使用毛细管柱分离鉴定中特别重视的问题之一。,一、GC/MS选择毛细管柱的三项基本原则：,3、热稳定性要好： 所有毛细管柱都有流失现象，这是由于固定相的正常降解而产生的被洗脱物质，而且柱流失随着温度的升高而加剧

9、；一般来说，极性柱流失较大，非极性柱流失较小。 毛细管柱流失大小与毛细管柱热稳定好坏有直接关系。毛细管柱热稳定性不好，流失增大，会导致固定相劣化。这不仅降低柱效，而且增大柱内表面活性，对样品吸附性增大，直接干扰GC/MS作出合理的谱图。 毛细管热稳定性不好，流失增大，影响了GC/MS痕量分析，并缩短了毛细管柱子使用寿命。 因此，在GC/MS选择毛细管柱中热稳定性做为第一选择原则，购置后首先作热稳定性实验，对新毛细管柱进行检查，找出最佳使用温度，确定对毛细管柱的老化方法：,250 流失,503,415,355,281,207,TIC,270 流失,300 流失,320 流失,350 流失,100

10、,200,300,400,m/z,GC/MS热稳定检查方法,关于热稳定性不好的原因，检查热稳定性方法在GC/MS应用中有质谱结构分析方法进行鉴别。总之GC/MS选择毛细管柱性能可用，GC方法一定能用，而GC方法选柱能用，GC/MS不一定可用。,二、GC/MS对毛细管柱规格的选择,1、对毛细管柱单项规格选择要点： （1）从柱体选择： 玻璃柱、不锈钢柱、刚性柱、石英柱等。目前以石英柱为佳，具有优良的柔性和惰性，甚至不经过钝化处理，便可涂渍非极性和中等极性固定相 （2）从外涂层进行选择： 在石英柱体外壁涂聚酰亚胺，增加弹性，可耐温300 左右，在石英柱体外壁涂渍金属铝，恒温可达400 ，程升可达45

11、0 ，此柱内涂聚硅氧烷可分析分子量1000到1200 amu，程升可达650-750 。 （3）从柱内径进行选择： 内径通用系列： 0.1mm 0.2mm 0.25mm 0.32mm 0.53mm 0.1mm 0.15mm 0.22mm 0.32mm 0.53mm 其中0.1mm为超临界柱，0.25mm为GC/MS通用柱，0.32mm为GC/MS灵敏度降低时，增大柱容量保持GC/MS灵敏度用柱；0.53mm为大口径柱，可涂渍厚液膜，用于分析低挥发点样品用，涂渍薄液膜柱分析高挥发点样品用，扩展了GC/MS分析样品范围。,（4） 从柱长度进行选择：,选择长度时应考虑分析时间与分离度的关系：分离时间

12、与柱长成正比，分离度与柱长呈平方根的关系，即使分离度增大1倍，柱长必须增加4倍，时间也延长4倍。一般柱长可提高柱效和分辨率；但柱子过长也带来很多不足之处。 GC/MS选择柱长一般为30m, 50m为宜，大口径柱要在30m以上为宜，与GC有较大差别。 （5）从液膜厚度进行选择： GC/MS选择液膜厚度时：一般常规柱内径有0.25mm时，液膜为0.25m；柱内径为0.32mm时，液膜为0.50 m，大口径厚液膜柱液膜为1.0至4.0 m左右，.020 m的液膜除大口径薄液膜高温柱外，尽量不选购，因液膜薄，不易覆盖活性点，易被损坏，产生流失。,（6）从固定相类型选择：, 聚硅氧烷 聚甲基硅氧烷系列：

13、 聚甲基苯基硅氧烷系列： 聚甲基苯基氰丙基系列： 聚乙醇系列： 环糊精系列：,三、GC/MS中对毛细管柱的老化技术,1、毛细管柱老化的重要性： 毛细管柱的老化是用好柱子，保护好柱子，延长柱子寿命的关键环节。老化好柱子，使柱子更加成熟，充分发挥柱子的性能，老化不好柱子，柱子内涂层受到损坏，加快流失，失去柱子的性能。柱子的性能下降，50以上的因素不是用坏，而是柱子老化不当造成的。,2、毛细管柱老化的目的,3、老化方法 （1）分段老化法 （2）程升老化法 （3）进样老化法 （4）不通载气老化法：特殊老化法 4、关于毛细管柱吸附性、基线漂移原因，何种状态进行老化等,四、常用柱型流失和质谱仪空白本底的研

14、究,1、研究柱流失和仪器本底的重要性 （1）柱流失和仪器本底影响质谱仪的灵敏度 （2）柱流失和仪器本底影响作出合理谱图 （3）柱流失和仪器本底影响质谱解析 2、造成质谱仪本底的来源 扩散泵油：77，115，141，149，260，354，446 机械泵油：43，57，69，88，97，109，111，149 氯苯醚：262，296，298 灯丝（铼Re）的氧化物：187，203，219，235，258 硅氧烷垫圈：207，281，355，503 3、毛细管柱流失本底,五、GC/MS灵敏度的检测和维护的重要性,有机质谱的性能使按有机化合物的裂分规律作出的唯一性的质谱图，质谱图是有机化合物的标志。

15、GC/MS的灵敏度使用最小的含量作出质谱全图。灵敏度使有机质谱的灵魂，有机质谱失去了灵敏度，这台质谱机失去了生命，就该更新了。 1、什么叫灵敏度： 灵敏度是质谱仪对分析样品的最小检测量。灵敏度的指标，与进样系统，离子源、四极杆、倍增器、结构设置、真空系统都有关系，因此检查有机质谱的灵敏度指标，也是检查有机质谱各组织部件的质量和优劣。 2、用什么指标来判断最小检测量的可靠性： （1）在定量方面用信噪比来标志 （2）在定性方面用作出比与标准谱图相匹配的质谱图来标志 （3）信噪比与质谱图二者的关系： 信噪比与质谱图二者是互相匹配的统一体。前者是定量标志，后者是定性标志，并用后者检验信噪比的真伪性，对

16、质谱仪的最小检测量来说，起试金石的作用，但二者缺一不可。 质谱公司有机质谱说明书中只说信噪比，不谈作出与标准质谱图相匹配的谱图是片面的。 在有机质谱验收中，只计算信噪比，不作与标准谱图相匹配的质谱图是不正确的验收。,3、如何维护有机质谱的灵敏度（要点）,（1）对样品的性能，浓度进行分析，其灵敏度与有机质谱仪的灵敏度是否相匹配，不可盲目进样 （2）经常清洗进样系统，防止碳化积累污染，使灵敏度很难恢复。因此学会清洗有机质谱是质谱科技人员的基本功 （3）经常检查灵敏度的变化，并及时更换倍增器。一般电子倍增器，两年换一次，光电倍增器6年左右换一次。并建立起快速检测灵敏度的方法。,六、参数设置与作出合理

17、性谱图的关系,1、FC-43校正质谱图与样品质谱图匹配率的关系 2、仪器的灵敏度与作质谱图的关系 3、调零点与质谱图中同位素比的关系 4、扫描范围设置与质谱图的关系 5、温度设置与质谱图的关系 6、仪器本底、柱流失与质谱图的关系 7、不同有机质谱技术作出同一质谱图的差异,七、数据处理与库检索中合理性谱图的关系,1、什么是标准谱图： （1）EI源全谱，电子能量70eV （2）纯样品或GC/MS分离成单一的峰 （3）样品浓度适量，质谱图丰度成比例 2、与标准谱图相比较的五个基本因素： （1）辨别有无分子离子峰 （2）对比基峰 （3）对比强度较大的裂分碎片，对比特征官能团 （4）对比同位素峰 （5）

18、对比保留时间：对异构体或在不同温度下分离出的有机物具有相同的谱图，要用保留实价进行辨别,3、库检索的谱图对纯度的要求,（1）一般情况下，库检索的纯度在8090以上可信度高 （2）被分析的化合物含量低，但化合物结构稳定，主要裂分碎片及分子离子峰强度大，库检索纯度低，甚至纯度在5060左右，也可确认。 如图 芘 m/z=202； 保留时间合理,202,4、库检索所作谱图与标准谱图相匹配，可否定性，应辨别分析：,（1）该化合物在GC/MS分离中挥发点是否正确（查化学手册）对比后方可确认 （2）GC/MS分离时低挥发点的化合物与高挥发点化合物是同一库检索图，肯定不是同一化合物。可能是高温时一热解产物与

19、低挥发点化合物有相同的谱图，这在高碳脂肪烃分析中经常发生 （3）保留时间相近的几个谱图是同一库检索图，很可能是异构体，可用保留时间区别，或用双柱定性鉴别 5、同位素处理比例与库检索的关系 （1）进样量大，同位素峰比例失调，库检索比例不正确 （2）在TIC峰上作质谱图，选择丰度位置不合适，同位素比例不正确 （3）有时同位素比例强度大，有M+1叠加，强度增大 6、库检索中基峰的变化与辨别： （1）一个质谱图只有一个基峰，如有多个基峰出现或进样超量，比例失调，或有杂峰叠加 （2）局部放大质谱图，要与原图同时提供，以示区别,7、混和谱图的处理与库检索,（1）如有两种化合物在TIC图中很难分离，处理的是谱图使混和谱图，检索时知其中一个化合物，可用减差法，对余下的质谱图再进行库检索，得到更多信息 （2）如质谱图中有一强度大的裂分碎片与标准谱图不相同，不可轻率删去： 其一：用质量色谱图检查是否杂质碎片 其二：有没有M+1叠加 其三：谱库有没有错误，谱库有时有错误 其四：可能是不同的化合物 8、同一化合物在库检索中提供多张相似质谱图，要进行辨别选择： （1）此情况不一定是纯度高的被确认。 （2）分析产物中可能有哪类化合物，可能没有哪类化合物。 （3）不仅对比质量数高，强度大的裂分碎片，更重视质量数低，强度小的有特征性官能团的裂分碎片的分析对比，以确认化合物的结构特