氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS).doc

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS) 一、實驗?zāi)康?1. 了解質(zhì)譜檢測器的基本組成及功能原理，學(xué)習(xí)質(zhì)譜檢測器的調(diào)諧方法； 2. 了解色譜工作站的基本功能，掌握利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行定性分析的基本操作。 二、實驗原理 氣相色譜法（gas chromatography, GC）是一種應(yīng)用非常廣泛的分離手段，它是以惰性氣體作為流動相的柱色譜法，其分離原理是基于樣品中的組分在兩相間分配上的差異。氣相色譜法雖然可以將復(fù)雜混合物中的各個組分分離開，但其定性能力較差，通常只是利用組分的保留特性來定性，這在欲定性的組分完全未知或無法獲得組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品時，對組分定性分析就十分困難了。隨著質(zhì)譜（mass spectrometry, MS）、紅外光譜及核磁共振等定性分析手段的發(fā)展，目前主要采用在線的聯(lián)用技術(shù)，即將色譜法與其它定性或結(jié)構(gòu)分析手段直接聯(lián)機(jī)，來解決色譜定性困難的問題。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）是最早實現(xiàn)商品化的色譜聯(lián)用儀器。目前，小型臺式GC-MS已成為很多實驗室的常規(guī)配置。 1. 質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)和功能 質(zhì)譜系統(tǒng)一般由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（工作站）等部分組成。 質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測器必須在高真空狀態(tài)下工作，以減少本底的干擾，避免發(fā)生不必要的分子離子反應(yīng)。質(zhì)譜儀的高真空系統(tǒng)一般由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵或渦輪分子泵串聯(lián)組成。機(jī)械泵作為前級泵將真空抽到10-110-2Pa，然后由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵將真空度降至質(zhì)譜儀工作需要的真空度10-410-5Pa。雖然渦輪分子泵可在十幾分鐘內(nèi)將真空度降至工作范圍，但一般仍然需要繼續(xù)平衡2小時左右，充分排除真空體系內(nèi)存在的諸如水分、空氣等雜質(zhì)以保證儀器工作正常。 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣系統(tǒng)由接口和氣相色譜組成。接口的作用是使經(jīng)氣相色譜分離出的各組分依次進(jìn)入質(zhì)譜儀的離子源。接口一般應(yīng)滿足如下要求：(a)不破壞離子源的高真空，也不影響色譜分離的柱效；(b)使色譜分離后的組分盡可能多的進(jìn)入離子源，流動相盡可能少進(jìn)入離子源；(c)不改變色譜分離后各組分的組成和結(jié)構(gòu)。 離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，匯聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進(jìn)入質(zhì)量分析器被分離。其性能直接影響質(zhì)譜儀的靈敏度和分辨率。離子源的選擇主要依據(jù)被分析物的熱穩(wěn)定性和電離的難易程度，以期得到分子離子峰。電子轟擊電離源（EI）是氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中最為常見的電離源，它要求被分析物能氣化且氣化時不分解。 質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心，它將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)荷比（m/z）的不同,在空間位置、時間的先后或軌道的穩(wěn)定與否進(jìn)行分離，以得到按質(zhì)荷比大小順序排列的質(zhì)譜圖。以四極質(zhì)量分析器（四極桿濾質(zhì)器）為質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀稱為四極桿質(zhì)譜。它具有重量輕、體積小、造價低的特點，是目前臺式氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中最常用的質(zhì)量分析器。 檢測器的作用是將來自質(zhì)量分析器的離子束進(jìn)行放大并進(jìn)行檢測，電子倍增檢測器是色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中最常用的檢測器。 計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（工作站）的功能是快速準(zhǔn)確地采集和處理數(shù)據(jù)；監(jiān)控質(zhì)譜及色譜各單元的工作狀態(tài)；對化合物進(jìn)行自動的定性定量分析；按用戶要求自動生成分析報告。 標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖是在標(biāo)準(zhǔn)電離條件70eV電子束轟擊已知純有機(jī)化合物得到的質(zhì)譜圖。在氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀中，進(jìn)行組分定性的常用方法是標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索。即利用計算機(jī)將待分析組分（純化合物）的質(zhì)譜圖與計算機(jī)內(nèi)保存的已知化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖按一定程序進(jìn)行比較，將匹配度（相似度）最高的若干個化合物的名稱、分子量、分子式、識別代號及匹配率等數(shù)據(jù)列出供用戶參考。值得注意的是，匹配率最高的并不一定是最終確定的分析結(jié)果。 目前比較常用的通用質(zhì)譜譜庫包括美國國家科學(xué)技術(shù)研究所的NIST庫、NIST/EPA（美國環(huán)保局）/NIH（美國衛(wèi)生研究院）庫和Wiley庫，這些譜庫收錄的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖均在10萬張以上。 2. 質(zhì)譜儀的調(diào)諧 為了得到好的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，在進(jìn)行樣品分析前應(yīng)對質(zhì)譜儀的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這個過程就是質(zhì)譜儀的調(diào)諧。調(diào)諧中將設(shè)定離子源部件的電壓；設(shè)定amu gain 和amu off值以得到正確的峰寬；設(shè)定電子倍增器（EM）電壓保證適當(dāng)?shù)姆鍙?qiáng)度；設(shè)定質(zhì)量軸保證正確的質(zhì)量分配。 調(diào)諧包括自動調(diào)諧和手動調(diào)諧兩類方式，自動調(diào)諧中包括自動調(diào)諧、標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧、快速調(diào)諧等方式。如果分析結(jié)果將進(jìn)行譜庫檢索，一般先進(jìn)行自動調(diào)諧，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧以保證譜庫檢索的可靠性。 三、儀器和試劑 HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質(zhì)譜、He氣源（99.999%）、毛細(xì)管色譜柱：HP-5MS (30m0.32mm0.25m)、10.0l微量進(jìn)樣器 甲苯、鄰二甲苯和萘的混合物的苯溶液，濃度均為100ppm。 四、實驗步驟 1. 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的開啟及調(diào)諧 (1)檢查質(zhì)譜放空閥門是否關(guān)閉；毛細(xì)管柱是否接好。 (2)打開He鋼瓶，調(diào)節(jié)輸出壓力為0.5Mpa。 (3)依次啟動計算機(jī)、HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質(zhì)譜的電源。 (4)輸入正確的密碼后進(jìn)入計算機(jī)桌面。 (5)左鍵雙擊桌面上的“化學(xué)工作站”圖標(biāo)，輸入“用戶名”和“密碼”，進(jìn)入“化學(xué)工作站”。 (6)左鍵單擊“化學(xué)工作站”界面中“view”，再用左鍵單擊其下拉菜單中的“Diagnostics/Vacuum Control”項，進(jìn)入“Diagnostics/Vacuum Control（診斷與真空控制）”窗口。 (7)在Vacuum的下拉菜單中選擇pump down開始抽真空；同時分別設(shè)定離子源和四極桿的溫度為150 和230 。 (8)在View的下拉菜單中選擇Manual Tune，進(jìn)入調(diào)諧界面。 (9)在Tune的下拉菜單中選擇Autotune，進(jìn)入自動調(diào)諧狀態(tài)。自動調(diào)諧通過后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Atune.U為文件名，以Custom(*.U) 格式，點擊Open鈕將調(diào)諧文件保存在5973n的目錄下。 (10)在Tune的下拉菜單中選擇Standard Spectra Tune，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧。調(diào)諧完成后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Stune.U為文件名，以Custom(*.U) 格式，點擊Open鈕將調(diào)諧文件保存在5973n的目錄下。 (11)在View的下拉菜單中選擇Instrument Control, 返回儀器控制界面。 2. 方法的輸入設(shè)定 (1)在Method的下拉菜單中選擇Edit Entire Method進(jìn)入方法編輯界面。 (2)對check method section to edit 和method to run 等界面中的選項都選中并點擊OK按鈕。 (3)在Inlet and Injection界面中，sample項選擇GC; Injection source項選擇Manual; Injection Location項選擇front; 選中use MS，點擊OK鈕確定。 (4)在InstrumentEdit界面中，點擊Inlet圖標(biāo)。在Mode欄選擇Split、Gas欄選擇He，分流比1：20；選中Heater ，并在Setpoint 欄中輸入氣化室溫度250，點擊Apply鈕確定輸入的參數(shù)。 (5)單擊Columns圖標(biāo)，在Mode欄選擇Const Flow，Inlet欄選擇Front，Detector欄選擇MSD，Outlet psi欄選擇Vacuum，F(xiàn)low欄輸入1.1ml/min。單擊Apply確定輸入的參數(shù)。 (6)單擊Oven圖標(biāo)，選中On，將程序升溫條件按下表輸入： Oven Ramp /min Next Holdmin Initial 80 1.00 Ramp1 10.00 180 5.00 Ramp2 0 單擊Apply確定輸入的參數(shù)。 (7)單擊Detector圖標(biāo)，關(guān)閉所有GC檢測器及氣體，單擊Apply確定。 (8)單擊Aux圖標(biāo)，在Heater欄選中On, Type欄選中MSD, 溫度按下表設(shè)置 Ramps /min Next Hold min Initial 280 0.00 Ramp1 0.00 單擊Apply確定輸入的參數(shù)。 (9)單擊OK，出現(xiàn)GC Real Time Plot界面，直接點擊OK。 (10)出現(xiàn)MS Tune File界面，選擇Stune.U作為調(diào)諧文件，單擊OK。 (11)出現(xiàn)MS SIM/Scan Parameters界面，在EM Voltage欄輸入0，Solvent Delay欄輸入3.2(min)，在Acq. Mode欄選擇Scan, 單擊OK。 (12)出現(xiàn)Select Reports 界面，選中Percent Report，單擊OK。 (13)出現(xiàn)Percent Report Options界面，選中Screen，設(shè)定為屏幕輸出方式，單擊OK。 (14) 出現(xiàn)Save Method As界面，輸入本方法的名稱為Test.m，單擊OK以保存方法。 3. 數(shù)據(jù)的采集 (1)在Instrument Control界面中，單擊綠箭頭圖標(biāo)，出現(xiàn)Acquisition-Sample Information界面，分別輸入Operator name、Data File Name(文件名)、Sample Name等欄的內(nèi)容，單擊Start Run，稍后出現(xiàn)進(jìn)樣的提示框。 (2)用微量進(jìn)樣器進(jìn)1.0l甲苯、鄰二甲苯和萘的混合溶液，按下GC鍵盤上的Start鍵開始。 (3)出現(xiàn)“Override solvent delay ?”的提示時，單擊No或不作任何選擇。 (4)雙擊桌面上的Data Analysis圖標(biāo)，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析界面，在Files菜單中選擇Take Snapshot(快照)可得到截至快照時刻的所有數(shù)據(jù)。 4. 數(shù)據(jù)分析 (1)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，在Data Analysis界面中選擇File/Load File,打開得到的譜圖。 (2)在不同的譜峰上雙擊右鍵，可得到各峰的定性結(jié)果和結(jié)構(gòu)式。 (3)選擇Chromatography中的Integrate，對譜圖積分。也可在調(diào)整了積分事件中的有關(guān)參數(shù)的設(shè)置后再積分。 (4)選擇Spectrum 中的Se