GCMS基礎理論PPT課件

1、2021/3/912021/3/92GCMS的基本流路圖的基本流路圖GC接口MS數(shù)據(jù)處理真空系統(tǒng)2021/3/93氣相色譜儀的流動相氣相色譜儀的流動相-載氣載氣l高純氦氣（純度高純氦氣（純度99.999%99.999%以上）以上）2021/3/94樣品進樣系統(tǒng)離子源真空系統(tǒng)質量分析器檢測器數(shù)據(jù)處理GC進樣進樣 直接進樣直接進樣2021/3/95v提供足夠的平均自由程提供足夠的平均自由程v提供無碰撞的離子軌道提供無碰撞的離子軌道v減少離子減少離子- -分子反應分子反應v減少背景干擾減少背景干擾v延長燈絲壽命延長燈絲壽命v消除放電消除放電v增加靈敏度增加靈敏度2021/3/96真空系統(tǒng)確保離子由離

2、子源轉移至檢測器真空系統(tǒng)確保離子由離子源轉移至檢測器+ionair, water etc.高真空低真空2021/3/97 壓力壓力 10 10-3-3-10-10-4 4 Pa( Pa(平均自由路徑平均自由路徑 5m-50m) 5m-50m) 排氣系統(tǒng)排氣系統(tǒng)Ion sourceLens systemRod systemDetector主泵副泵2021/3/98真空泵真空泵 ( (主泵主泵) ) 渦輪分子泵（Turbo molecular pump）旋轉葉片使氣體分子向下移動并 由 出口排出干凈真空啟動和關機時間短價格昂貴2021/3/99 單泵排氣系統(tǒng)和差動排氣系統(tǒng)單泵排氣系統(tǒng)和差動排氣系統(tǒng)

3、 l差動排氣系統(tǒng)更有利于高流量分析差動排氣系統(tǒng)更有利于高流量分析單泵排氣系統(tǒng)差動排氣系統(tǒng)高真空2021/3/910lInterface:GC 和和 MS的連接部件的連接部件接口色譜柱MS高真空使用石墨墊圈 密封（85%Vespel+15%石墨）加熱塊接口接口2021/3/911v磁質譜v四極桿質譜v飛行時間質譜 (TOF)v離子肼質譜2021/3/912四極桿質量分析器四極桿質量分析器2021/3/913m1+m2+m3+m1+m1/z=kV1m2/z=kV2m3/z=KV3m2+m3+11m/zVm：mass numberz ：charge ( =1 in GCMS)k ：constant

4、V :voltage applied to QP四極桿質量分析器四極桿質量分析器2021/3/914 離子源透鏡四極桿檢測器2021/3/915氣質聯(lián)用使用的電離技術 電子轟擊電離（EI） 正化學電離（PCI） 負化學電離（NCI）2021/3/916電子轟擊電離（EI）e-e-e-e-e-樣品分子樣品分子燈絲燈絲+碎片離子碎片離子QP2021/3/917電子轟擊電離（電子轟擊電離（EIEI）l熱電子（熱電子（7070eVeV）轟擊分子，使其電離轟擊分子，使其電離l豐富的碎片離子豐富的碎片離子= =豐富的結構信息豐富的結構信息 “指紋指紋”俵e- M m1m3m2EI spectrum硬酯酸甲

5、酯 M.W. 2982021/3/918反應氣反應氣燈絲燈絲e-e-e-e-e-QPCH4 CH5+C2H5+樣品分子樣品分子H+-CH4M+1-C2H4正化學電離（PCI）2021/3/919正化學電離（正化學電離（PCIPCI）l首先電離反應氣分子首先電離反應氣分子樣品分子主要樣品分子主要 由質子轉移電離由質子轉移電離l容易產(chǎn)生準分子離子容易產(chǎn)生準分子離子用于確定分子量用于確定分子量 +CH4e M C2H5MH+C2H4PCI spectrum硬酯酸甲酯 M.W. 2982021/3/920EI 模式模式PCI 模式模式碎片碎片 分子量分子量2021/3/921負化學電離負化學電離( (

6、NCI)NCI)燈絲燈絲e-e-e-e-反應氣反應氣樣品樣品 樣品樣品2021/3/922捕獲電子形成負離子 lMX+e(015eV)-MX X: : 電負性強元素電負性強元素CH4e MX MX CH4+CH3+HCH4CH4CH4e MX MX _ _ 負化學電離負化學電離( (NCI)NCI)2021/3/923lNCI NCI 質譜圖質譜圖六氯苯 M.W. 284負化學電離(NCI)2021/3/924適合分析電負性強的元素 l高靈敏度高靈敏度 與與 GC-ECD靈敏度相當靈敏度相當l高選擇性高選擇性2021/3/925EIPCINCIMarthone (MW 330)EI PCI N

7、CI 的比較的比較2021/3/926 NCI-GC/MS 和和 GC-ECD定量結果的比較定量結果的比較重量 5g萃取(丙酮 / 水 = 5 / 2)蒸發(fā)(除去丙酮)加鹽正己烷萃取蒸發(fā)色譜柱蒸發(fā)并定容 (5mL)按 JP方法進行前處理Peak NoNameNCI-GC/MSGC-ECDPeak NoNameNCI-GC/MSGC-ECD1-BHC0.04410.04417DildrinN.DN.D2-BHCN.D N.D8EndrinN.DN.D3-BHC0.01480.01249p,p-DDD0.00110.00214-BHCN.D N.D10o,p-DDT0.00290.00315Ard

8、rinN.D N.D11p,p-DDT0.01780.01316p,p-DDE0.00210.0030KOUJIN中有機氯農(nóng)藥的定量結果 （ppm）2021/3/927面積的重現(xiàn)性面積的重現(xiàn)性 化合物C.V.(%)-BHC4.3-BHC3.6-BHC3.4-BHC2.8艾氏劑7.6p,p-DDE5.4狄氏劑5.3 1pg n=10化合物C.V.(%)除蟲菊酯 (5pg)3.3氯氟氰菊酯 (1pg)7.5氯氰菊酯 (4pg)4.7氟胺氰菊酯5.5四溴菊酯(2pg)7.8n=72021/3/928v電離室電離室v透鏡透鏡2021/3/929電離室電離室v永久磁鐵v燈絲v靶v電子聚焦離子化過程：樣品

9、分子與電子相互作用，電子把能量給予樣品。如果這個能量足夠大，則化合物被活化，失去一個電子，產(chǎn)生一個正離子，我們稱之為分子離子。電子的能量通常為70ev。如果樣品分子離子含有剩余的能量，會導致離子進一步斷裂，形成碎片，剩余的能量越多，生成的碎片越多。形成的中性碎片被真空泵抽走，負離子撞擊到離子源的其他部件上。2021/3/930v排斥極：排斥極：使帶正電荷的離子碎片向質量分析器方向運動。排斥極位于離子化使帶正電荷的離子碎片向質量分析器方向運動。排斥極位于離子化室出口對面；它的極性與離子相同。排斥極幫助離子穿過透鏡。室出口對面；它的極性與離子相同。排斥極幫助離子穿過透鏡。v拉出極：拉出極：幫助帶正

10、電荷的離子碎片向質量分析器方向運動。拉出極的電壓比幫助帶正電荷的離子碎片向質量分析器方向運動。拉出極的電壓比排斥極負，吸引正電子向質量分析器方向運動。拉出極是一個中心帶有小孔的圓排斥極負，吸引正電子向質量分析器方向運動。拉出極是一個中心帶有小孔的圓片。片。v離子聚焦：離子聚焦：如果沒有其他部件，離子穿過拉出極后會發(fā)生散射，離子聚焦部如果沒有其他部件，離子穿過拉出極后會發(fā)生散射，離子聚焦部件可以幫助離子成束狀進入質量分析器。離子聚焦帶負電，形成一個電場，即使件可以幫助離子成束狀進入質量分析器。離子聚焦帶負電，形成一個電場，即使離子聚成束，又防止聚焦部件捕獲電子。離子聚成束，又防止聚焦部件捕獲電子

11、。v入口透鏡：入口透鏡：位置緊挨四極桿，作用是使離子加速，并且抑制四極桿的邊緣效位置緊挨四極桿，作用是使離子加速，并且抑制四極桿的邊緣效應，防止離子外溢。應，防止離子外溢。2021/3/931離子檢測器離子檢測器電子倍增器： 從質量分析器出來的離子轟擊電子倍增管的陰極表面，使其發(fā)射出二次電子，再由二次電子依次轟擊一系列電極，使二次電子獲得不斷倍增，最后由陽極接受電流，使離子束信號得到放大。2021/3/932v靈敏度調節(jié)靈敏度調節(jié)v分辨率調節(jié)分辨率調節(jié)v質量數(shù)修正質量數(shù)修正v相對強度修正相對強度修正2021/3/933PFTBA(全氟三丁胺)穩(wěn)定可揮發(fā)碎片涵蓋質量范圍寬僅有C-13和N-15同

12、位素無質量缺陷2021/3/934 relative m/z intensity 69 100.0131 26.0219 32.0414 2.0502 2.0614 0.2CF3 -CF2 -CF2 -CF2 -N -C4F9 C4F92021/3/935v尋找質量峰v粗調EM電壓和峰寬v調節(jié)離子源部件使502達到最佳v調節(jié)EM和峰寬達到最佳v質量軸校正2021/3/936基峰：179分子離子：304質荷比（m/z)75.0100.0125.0150.0175.0200.0225.0250.0275.0300.00.025.050.075.0100.0125.0%179137152304199

13、931249722766276248163842166813423126016728912119510924714781183220100273716315589205130307質譜圖（棒圖）2021/3/937總離子流圖（TIC)TIC和MC（質量色譜圖）2021/3/938總離子流圖（TIC)75.0100.0125.0150.0175.0200.0225.0250.0275.0300.00.025.050.075.0100.0125.0%179137152304199931249722766276248163842166813423126016728912119510924714781

14、1832201002737163155892051303072021/3/939vScan（掃描）掃描）vSIM (選擇離子選擇離子)mass numbermass numberTimeTimeScanSIM2021/3/940m/zRetention timeTIC : Scan 7254152MS 質譜圖質譜圖2021/3/941Retention timem/z=72 m/z=152 m/z=54靈敏度高于靈敏度高于 Scan模式模式2021/3/942SIM ( (選擇離子模式）選擇離子模式）lSIM主要用于定量分析主要用于定量分析l只有特定質量數(shù)的離子被檢測只有特定質量數(shù)的離子被檢測

15、l根據(jù)目標化合物選擇合適的檢測離子相當重要。l靈敏度取決于所選擇的檢測離子。TimeVm/z0.2secV112VVVSIM數(shù)據(jù)采集模式數(shù)據(jù)采集模式80.085.090.095.0100.050100%97852021/3/943SIM的優(yōu)點：的優(yōu)點：l提高靈敏度提高靈敏度l改善峰形改善峰形l改善精確度改善精確度應用應用l痕量分析痕量分析l復雜基質復雜基質l常規(guī)定量常規(guī)定量2021/3/944 原子質量和質量數(shù)原子質量和質量數(shù)l以以12C 質量質量12為單位來表示原子質量為單位來表示原子質量l質量數(shù)質量數(shù) : 整數(shù)表示整數(shù)表示example mass mass number1H 1.00782

16、522 12H 2.01410222 212C 12.00000000 1213C 13.00335508 1314N 14.00307440 1416O 15.99491502 1618O 17.99915996 18示例:水的質量數(shù) (H2O)1x2+16=18更精確的分子量1.00782522x2+15.99491502= 18.010565462021/3/945 分析方法分析方法 計算方法計算方法方法的建立方法的建立2021/3/946分析方法（儀器參數(shù)）分析方法（儀器參數(shù)）l分析參數(shù)分析參數(shù)選擇分析系統(tǒng)選擇分析系統(tǒng): 進樣方式、色譜柱進樣方式、色譜柱等等GC參數(shù)參數(shù): 載氣流量、分

17、流比、溫度條件載氣流量、分流比、溫度條件等等MS參數(shù)參數(shù): 掃描模式：掃描模式：SCAN, SIM 離子源：離子源： EI, PCI, NCI 檢測器電壓等檢測器電壓等2021/3/947進樣口、色譜柱、檢測器的溫度設定進樣口、色譜柱、檢測器的溫度設定l進樣口溫度進樣口溫度考慮樣品中各組分的沸點，設定溫度使樣品瞬間汽化?？紤]樣品中各組分的沸點，設定溫度使樣品瞬間汽化。l色譜柱溫度色譜柱溫度考慮樣品中各組分的沸點，及希望的分析周期，考慮樣品中各組分的沸點，及希望的分析周期，寬沸程樣品應使用程序升溫。寬沸程樣品應使用程序升溫。l檢測器溫度檢測器溫度防止檢測器污染，一般比色譜柱溫度高防止檢測器污染，

18、一般比色譜柱溫度高20-3020-30。DET.TINJ.TCOL.T+20DET.TINJ.TCOL.T+202021/3/948恒溫分析和升溫分析的比較恒溫分析和升溫分析的比較恒溫分析升溫分析沸程窄時采用恒溫分析沸程窄時采用恒溫分析恒溫分析時，保留時間恒溫分析時，保留時間和碳和碳 數(shù)程指數(shù)關系數(shù)程指數(shù)關系C8C9C10C11C8C9C10 C11沸程寬時采用升溫分析沸程寬時采用升溫分析升溫分析時，碳數(shù)和保升溫分析時，碳數(shù)和保留時留時 間程比例關系間程比例關系基線調整困難，應確認基線調整困難，應確認空白是否有鬼峰出現(xiàn)?？瞻资欠裼泄矸宄霈F(xiàn)。2021/3/949計算方法（數(shù)據(jù)處理參數(shù)）計算方法（

19、數(shù)據(jù)處理參數(shù)）峰處理參數(shù)（峰處理參數(shù)（WIDTH, SLOPE, DRIFT, T.DBL等）等）定量參數(shù)定量參數(shù)定量方法：定量方法：內標法、外標法、面積歸一法等內標法、外標法、面積歸一法等工作曲線的制作工作曲線的制作 曲線點數(shù)：一點、兩點及多點曲線點數(shù)：一點、兩點及多點 曲線計算：線性回歸、折線、曲線計算：線性回歸、折線、 二次曲線、三次曲線二次曲線、三次曲線定性參數(shù)：定性參數(shù)： 保留時間、時間窗、時間帶保留時間、時間窗、時間帶2021/3/950峰處理參數(shù)峰處理參數(shù)去除高頻噪聲去除高頻噪聲( (電磁干擾）電磁干擾）WH/2WIDTH/4WH/2WIDTH/4控制數(shù)據(jù)采集速度，控制數(shù)據(jù)采集速

20、度，WIDTH/10WIDTH/10采一次數(shù)據(jù)采一次數(shù)據(jù)控制控制S.TESTS.TEST時間，斜率測試時間為時間，斜率測試時間為 10 10WIDTHWIDTHWIDTH：設為最窄峰的半高寬，單位：秒推薦值：填充柱推薦值：填充柱 5 5 毛細柱毛細柱 2 23 32021/3/951l判斷峰起點判斷峰起點l濾除低平噪聲（如蛇行等）濾除低平噪聲（如蛇行等）lSLOPESLOPE的確定：一般通過的確定：一般通過S. TESTS. TEST進行，測定時間為進行，測定時間為 10 10倍倍WIDTHWIDTH的時間。的時間。l特殊情況，可根據(jù)實際需要改變該值。特殊情況，可根據(jù)實際需要改變該值。 SLO

21、PE：10倍WIDTH的所有信號的總和，用于：峰處理參數(shù)2021/3/952SLOPESLOPE值的手動設定值的手動設定 單位：uv/minSLOPESLOPESLOPESLOPE峰斜率，作為噪聲濾除SLOPE峰斜率，積分不穩(wěn)定，須手動設定2021/3/953峰處理參數(shù)峰處理參數(shù)DRIFT：判斷相鄰峰的積分方式注：1）設定值為0時，積分儀將自動判斷 2）如DRIFT與基線至峰谷連線較接近時，積分 可能不穩(wěn)定，導致面積值變化較大，需加 以注意。2021/3/954DRIFTDRIFT值的設定值的設定DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFT2021/3/955T.DBL2 x

22、T.DBL4 x T.DBLWIDTHSLOPE2WIDTHSLOPE/24WIDTHSLOPE/48WIDTHSLOPE/8峰處理參數(shù)峰處理參數(shù)設定值為設定值為0 0時，自動判斷；時，自動判斷；不使用時可設為不使用時可設為10001000T.DBLT.DBL設定為某值時，設定為某值時，SLOPESLOPE和和WIDTHWIDTH按下圖改變按下圖改變 T.DBL：峰展寬一倍所需要的時間2021/3/956定性參數(shù)定性參數(shù)保留時間允許誤差：保留時間允許誤差：l時間窗時間窗 ( (WINDOW)WINDOW)，相對允差相對允差 設定簡單，但所測組分保留時間跨度大時，不易設定設定簡單，但所測組分保留

23、時間跨度大時，不易設定l時間帶時間帶( (BAND)BAND)，絕對允差絕對允差 設定較繁，需逐個組分設定設定較繁，需逐個組分設定絕對保留值、相對保留值、多參考保留值2021/3/957定量參數(shù)定量參數(shù)校正級別（曲線計算方法）校正級別（曲線計算方法）l單點校正（單點校正（liner)liner)l兩點校正（兩點校正（liner)liner)l多點校正多點校正l線性回歸l點到點連線（折線）l二次曲線l三次曲線2021/3/958單點校正單點校正l對每一組分僅做一個濃度的標樣對每一組分僅做一個濃度的標樣l標樣濃度應盡可能接近實際樣品中各組分的濃度標樣濃度應盡可能接近實際樣品中各組分的濃度l單點校正

24、曲線通過原點單點校正曲線通過原點2021/3/959多點校正多點校正l對每一組分至少作三個不同濃度水平的校正對每一組分至少作三個不同濃度水平的校正l標樣濃度范圍應包含實際樣品中各組分的濃度標樣濃度范圍應包含實際樣品中各組分的濃度l多級校正有幾種方式多級校正有幾種方式 1. 1.響應值隨濃度變化不呈線性變化時，使用多線性校正（折線校正響應值隨濃度變化不呈線性變化時，使用多線性校正（折線校正）或二次曲線、三次曲線）或二次曲線、三次曲線 2. 2.組分響應值隨濃度變化呈線性變化時，使用最小二乘法，進行線組分響應值隨濃度變化呈線性變化時，使用最小二乘法，進行線性回歸校正性回歸校正2021/3/960定

25、量方法定量方法面積歸一化法面積歸一化法校正面積歸一化法校正面積歸一化法外標法外標法內標法內標法2021/3/961定量方法（一）定量方法（一）l面積百分率法（面積歸一）面積百分率法（面積歸一）各組分濃度以面積百分率表示，該結果可以確認大概的濃度，但有誤差各組分濃度以面積百分率表示，該結果可以確認大概的濃度，但有誤差。l校正面積百分率法（校正面積歸一）校正面積百分率法（校正面積歸一）用重量響應因子對峰面積進行修正，用該法測定的濃度比前者準確，但用重量響應因子對峰面積進行修正，用該法測定的濃度比前者準確，但前提是樣品中所有組分都出峰，否則也有誤差存在。前提是樣品中所有組分都出峰，否則也有誤差存在。這兩種方法應用的必須條件是：這兩種方法應用的必須條件是： 1.樣品中所有組分都出峰；樣品中所有組分都出峰； 2.所有峰面積計算必須準確。所有峰面積計算必須準確。2021/3/962面積歸一化法面積歸一化法公式：公式：%100%AiAiCi優(yōu)點：1）無需做校正，簡便，快