气质联用简介

1、仪器分析实验,实验十三 气相色谱-质谱联用,一、实验目的,1. 学习GC-MS的工作原理 2. 掌握GC-MS对未知样品的定性及定量 分析方法,3,质谱仪模块组成,进样口,离子源,质量 分析器,检测器,数据采集 及分析,高真空系统,PC,LC、GC,EI CI ESI APCI FAB MALDI,四极杆 离子阱 飞行时间,电子倍增器 光电倍增管,质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（10 -6 Pa ） (1) 大量氧会烧坏离子源的灯丝； (2) 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； (3) 引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。,二、实验

2、原理,质谱检测器,柱箱：毛细管色谱柱、风扇（降温）、保温层,手动操作面板,进样口,气相色谱-质谱（GC-MS）仪,气相色谱的进样方式,WBI进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口,热进样和冷进样,热进样 分流/无分流进样 直接进样（WBI） 宽口毛细柱和填充柱 冷进样 PTV进样 冷柱头进样,歧视效应和热分解,热进样 (SPL, WBI) 存在歧视现象和样品热分解 冷进样 (OCI, PTV) 进样是在较低温度下进行 定量精度高歧视效应和热解效应的影响小,歧视效应的产生,歧视:蒸溜现象 形成气溶胶 分溜现象,减小热进样歧视现象的方法,快速进样法 溶剂冲洗法 热针法,溶剂冲洗

3、法,蒸溜和分溜减少,冷进样,概念 样品是在冷状态-低于样品沸点的温度下进样 (依据溶剂) 气化室快速升温使样品气化 PTV进样方式 分流进样(高浓度样) 无分流进样 (低浓度样) 大体积进样LVI (痕量分析),OCI柱头进样 只适用于0.53内径的柱子 无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量 一般小于2ul,进样口的结构,毛细柱进样口,WBI进样口,分流/不分流进样口示意图,分流比： SPL.RF1:F2,WBI进样口示意图,用于： 宽孔径毛细管柱 填充柱,载气 毛细柱,隔垫吹扫出口 分流出口,1.Column Sleeve/Guide (OCI-mode) 2. 玻璃衬管 （G

4、lass Insert) (PTV-mode),OCI/PTV进样口示意图,质谱结构原理,直接进样方式 DI,为什麽MS需要高真空,提供足够的平均自由程 提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应 减少背景干扰 延长灯丝寿命 消除放电 增加灵敏度,真空系统确保离子由离子源转移至检测器,ion,air, water etc.,高真空,低真空,压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m),排气系统,主泵,副泵,Interface:GC 和 MS的连接部件,使用石墨垫圈 密封（85%Vespel+15%石墨）,加热块,接口,电子电离源（EI）,应用最为广泛,挥发性样品的电离,e-,e-

5、,e-,e-,e-,样品分子,灯丝,+,+,+,+,碎片离子,QP,热电子（70eV）轰击分子，使其电离 丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹”,EI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298,电子轰击电离（EI）,热电子（70eV）轰击分子，使其电离 丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹”,EI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298,首先电离反应气分子样品分子主要 由质子转移电离 容易产生准分子离子用于确定分子量,+,PCI spectrum 硬酯酸甲酯 M.W. 298,负化学电离(NCI),灯丝,e-,e-,e-,e-,捕获电子形成负离子,MX+e(015eV)-MX

6、,X: 电负性强元素,CH4,MX,CH4,+,CH3,+,H,CH4,CH4,CH4,e,MX,_,NCI 质谱图,六氯苯 M.W. 284,EI,Marthone (MW 330),EIPCINCI 的比较,2020/10/2,31,四极杆质量分析器,由一组平行放置的四根金属棒构成,用陶瓷绝缘,交错地联结成两对； 加以方向相反的直流(DC)和射频(RF)电压； 加速粒子进入分析器,并按m/z和RF/DC值开始以一种复杂的形式振荡,稳定振荡的离子通过打拿极射到倍增器上被放大记录,不稳定振荡的离子打到四极杆上被中和,从而达到质量分离目的.,离子检测器,电子倍增管： 从质量分析器出来的离子轰击电

7、子倍增管的阴极表面，使其发射出二次电子，再由二次电子依次轰击一系列电极，使二次电子获得不断倍增，最后由阳极接受电流，使离子束信号得到放大。,负离子检测器,正离子检测器,主要性能指标,1.分辨率（resolution） 为二个相邻质谱峰之一的质量数与二者质量差的比位，为该仪器的分辨率，以R 表示 RM1/M1M2M/M（M1M2, M 1）国际上规定仪器分辨率是指二峰间峰谷的高度为峰高的10%时的测得值，也就是二峰各以5%的高度叠合。 R10%M/ Ma/b,2. 灵敏度,通常仪器灵敏度有绝对灵敏度和相对灵敏度之称。绝对灵敏度定义为： S=I/Q 试中 S - 灵敏度 I - 信号响应值 Q -

8、 单位进样量,相对灵敏度定义为一定进样量获得的待测信号强度（S）和噪声信号强度(N)之比S/N,对于多数质谱仪而言灵敏度（S）和分辨率（R）互为倒数关系： R=S/K,3. 质量范围,质量范围通常定义为质谱仪器能检测的最低和最高质量，其取决于质量分析器的类型因为质谱检测的是质荷比（m/z）所以实际检测的质量取决于离子所带电荷数z,当z值越大，m/z就越小。 质量准确度是指离子质量测定的准确性，有两种表达方式： （1） M=M计算-M测量,（2）准确度=100%x M计算/ M测量,4. 质量轴的稳定性,质量轴指质谱测定离子质量的坐标，亦称质量标尺。质量轴的稳定性指在一定条件下，一定时间内质量标

9、尺发生漂移的幅度，一般多以8h或12h内某一质量测定的变化来表示质量轴的稳定性关系到质量测量的准确度，它和一起的性能以及仪器操作条件有关，会随着仪器状态和操作条件变化而发生变化，不同质量范围的仪器采用不同的标样对质量标尺进行校正,GC-MS常用术语,基峰：179 分子离子：304 质荷比（m/z),质谱图（棒图）,GC-MS常用术语,总离子流图（TIC),TIC和MC（质量色谱图）,总离子流图（TIC),应 用,环境监测 日用品 药物分析 食品安全,实 验 部 分,(1). 样品前处理 溶液配制：配置0.5 mol/L KOH甲醇溶液，体积比为2 : 1的正己烷乙醚溶液。 取植物油样品12滴（

10、约30mg）至25mL具塞试管或比色管中，加入正己烷乙醚（2 : 1）5mL，0.5mol/L KOH甲醇溶液3mL，摇匀，室温反应10min，加水10mL，反复摇震后，取出移至离心管中，4000rpm离心2min，吸取上层脂肪酸甲酯，做GC-MS分析。若不离心处理，也可以将摇震后的溶液静止30 min，再吸取上层脂肪酸甲酯，做GC-MS分析。,(2) 操作步骤 GC-MS仪器参数设定： 气相色谱条件：J&W DB-17 弹性石英毛细管色谱柱(30m0.25mm0.25m)；载气为纯度99.999%的氦气；柱初温150，保温3min，以20/min升温速率升至200，再以/min升温速率升至230，保温3min；进样口温度250；柱流量1mL/min，分流比1:50；进样量1L。,质谱条件： EI离子源，电子能量70eV，扫描测定模式，质量扫描范围29 m/z 400 m/z，离子源温度200，GC-MS接口温度220，溶剂峰切除时间2.0min，质谱检测起测时间2.5min。 仪器调试完毕后，吸取处理好的样品进样，对食用油脂肪酸的成分进行测定。,(3) 实验结果解析 测定结束后，