氣相色譜-質譜聯(lián)用技術

1、氣相色譜-質譜聯(lián)用技術氣相色譜-質譜聯(lián)用技術，簡稱質譜聯(lián)用，即將氣相色譜儀與質譜儀通過接口組件進行連接，以氣相色譜作為試樣分離、制備的手段，將質譜作為氣相色譜的在線檢測手段進行定性、定量分析，輔以相應的數(shù)據(jù)收集與控制系統(tǒng)構建而成的一種色譜-質譜聯(lián)用技術，在化工、石油、環(huán)境、農業(yè)、法醫(yī)、生物醫(yī)藥等方面，已經成為一種獲得廣泛應用的成熟的常規(guī)分析技術。1、 產生背景色譜法是一種很好的分離手段，可以將復雜混合物中的各種組分分離開，但它的定性、鑒定結構的能力較差，并且氣相色譜需要多種檢測器來解決不同化合物響應值的差別問題；質譜對未知化合物的結構有很強的鑒別能力，定性專屬性高，可提供準確的結構信息，靈敏度

2、高，檢測快速，但質譜法的不同離子化方式和質量分析技術有其局限性，且對未知化合物進行鑒定，需要高純度的樣本，否則雜質形成的本底對樣品的質譜圖產生干擾，不利于質譜圖的解析。氣相色譜法對組分復雜的樣品能進行有效的分離，可提供純度高的樣品，正好滿足了質譜鑒定的要求。氣相色譜-質譜聯(lián)用（gas chromatography-mass sepetrometry , GC-MS）技術綜合了氣相色譜和質譜的優(yōu)點，具有GC的高分辨率和質譜的高靈敏度、強鑒別能力。GC-MS可同時完成待測組分的分離、鑒定和定量，被廣泛應用于復雜組分的分離與鑒定。2、 技術原理與特點氣相色譜技術是利用一定溫度下不同化合物在流動相（載

3、氣）和固定相中分配系數(shù)的差異，使不同化合物按時間先后在色譜柱中流出，從而達到分離分析的目的。保留時間是氣象色譜進行定性的依據(jù)，而色譜峰高或峰面積是定量的手段，所以氣相色譜對復雜的混合物可以進行有效地定性定量分析。其特點在于高效的分離能力和良好的靈敏度。由于一根色譜柱不能完全分離所有化合物，以保留時間作為定性指標的方法往往存在明顯的局限性，特別是對于同分異構化合物或者同位素化合物的分離效果較差。質譜技術是將汽化的樣品分子在高真空的離子源內轉化為帶電離子，經電離、引出和聚焦后進入質量分析器，在磁場或電場作用下，按時間先后或空間位置進行質荷比（質量和電荷的比，m/z）分離，最后被離子檢測器檢測。其主

4、要特點是遷建的結構鑒定能力，能給出化合物的分子量、分子式及結構信息。在一定條件下所得的MS碎片圖及相應強度，猶如指紋圖，易與辨識，方法專屬靈敏。但質譜拘束最大的不足之處在與要求 樣品是單一組分，無法滿足復雜物質的分析。氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（GC/MS）是基于色譜和質譜技術的基礎上，去唱不斷，充分利用氣象色譜對復雜有機化合物的高效分離能力和質譜對化合物的準確鑒定能力進行定性和定量分析的一門技術。在GC/MS中氣象色譜是質譜的楊敏預處理器，而質譜是氣相色譜的檢測器。兩者的聯(lián)用不僅僅獲得了氣相色譜中保留時間、強度信息，還有質譜中質荷比和強度信息。同時，計算機的發(fā)展提高了儀器的各種性能，如運行時間、

5、數(shù)據(jù)收集處理、定性定量、譜庫檢索及故障診斷等。因此，GC/MS聯(lián)用技術的分析方法不但能使樣品的分離、鑒定和定量一次快速地完成，還對于批量物質的整體和動態(tài)分析起到了很大的促進作用。3、 氣相色譜質譜聯(lián)用系統(tǒng)組成GC/MS系統(tǒng)（見圖）由氣相色譜單元、質譜單元、計算機和接口四大件組成，其中氣相色譜單元一般由載氣控制系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)、色譜柱與控溫系統(tǒng)組成；質譜單元由離子源、離子質量分析器及其掃描部件、離子檢測器和真空系統(tǒng)組成；接口是樣品組分的傳輸線以及氣相色譜單元、質譜單元工作流量或氣壓的匹配器；計算機控制系統(tǒng)不僅用作數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、檢索和儀器的自動控制，而且還拓寬了質譜儀的性能。圖GC儀組成圖3

6、.1 氣路系統(tǒng)GC/MS中載氣由高壓氣瓶（約15MPa）經減壓閥減至0.2-0.5MPa，再經載氣凈化過濾器（除氧、除氮、除水等）和穩(wěn)壓閥、穩(wěn)流閥及流量計到達氣相色譜的進樣系統(tǒng)。GC/MS的氣源主要來自氦氣。其優(yōu)點在于化學惰性對質譜檢測無干擾，且載氣的擴散系數(shù)較低。缺點是分析時間延長。另外，載氣的流速、壓力和純度（99.999%）對樣品的分離、信號的檢測和真空的穩(wěn)定具有重要的影響。如果配置化學電離源，GC/MS還需要甲烷、異丁烷、氨等反應氣體。對于具有GC/MS功能的質譜儀則需要氬氣、氮氣等碰撞氣體和相應的氣路系統(tǒng)。3.2 進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)包括進樣器和氣化室。GC/MS要求各種形態(tài)樣品沸點低、

7、熱穩(wěn)定性好。在一定氣化溫度（最高350-425）下進入氣化室后能有效氣化，并迅速進入色譜柱，無歧視，無損失，記憶效應小。為解決進樣的歧視現(xiàn)象，以提高分析的精密度和準確度，近幾年來分流/不分流進樣、毛細管柱直接進樣、程序升溫柱頭進樣等毛細管進樣系統(tǒng)取得了很大的進步。一些具有樣品預處理功能的配件，如固相微萃取、頂空進樣器、吹掃-捕集頂空進樣器、熱脫附儀、裂解進樣器等也相繼出現(xiàn)。3.3 柱系統(tǒng)柱系統(tǒng)包括柱箱和色譜柱。柱箱的控溫系統(tǒng)范圍廣，可快速升溫和降溫。柱溫對樣品在色譜柱上的柱效、保留時間和峰高有重要的影響。由于分析樣品時遵循氣相色譜的“相似相溶”原理，所以根據(jù)應用需要可選擇不同的GC/MS專用色

8、譜柱。目前，多用小口徑毛細管色譜柱，檢測限達到10-15-10-12水平。3.4 接口接口是連接氣相色譜單元和質譜單元最重要的部件。接口的目的是盡可能多地去除載氣，保留樣品，使色譜柱的流出物轉變成粗真空態(tài)分離組分，且傳輸?shù)劫|譜儀的離子源中。GC/MS聯(lián)用儀中接口多采用直接連接方式，即將色譜柱直接接入質譜離子源。其作用是將待測物在載氣攜帶下從氣相色譜柱流入離子源形成帶電粒子，而氦氣不發(fā)生電離而被真空泵抽走。通常，接口溫度應略低于柱溫，但也不應出現(xiàn)溫度過低的“冷區(qū)”。在GC/MS儀的發(fā)展中，接口方式還有開口分流型、噴射式分離器等。3.5 離子源離子源的作用就是將被分析物的分子電離成離子，然后進入質

9、量分析器被分離。目前常用的離子源有電子轟擊源（electron ionization , EI）和化學電離源（chemical ionization , CI）。 電子轟擊源（EI）電子轟擊源是GC/MS中應用最廣泛的離子源。主要由電離室、燈絲、離子聚焦透鏡和磁極組成。燈絲發(fā)射一定能量的電子可使進入離子化室的樣品發(fā)生電離，產生分子離子和碎片離子。EI的特點是穩(wěn)定，電離效率高，結構簡單，控溫方便，所得質譜圖有特征，重現(xiàn)性好。因此，目前絕大多數(shù)有機化合物的標準質譜圖都是采用電子轟擊電離源得到的。但EI只檢測正離子，有時得不到分子量的信息，譜圖的解析有一定難度，如醇類物質。 化學電離源（CI）化學電

10、離源CI結構與EI相似。不同的是，CI源是利用反應氣的離子與化合物發(fā)生分子離子反應進行電離的一種“軟”電離方法。常用反應氣有：甲烷、異丁烷和氨氣。所得質譜圖簡單，分子離子峰和準分子離子峰較強，其碎片離子峰很少，易得到樣品分子的分子量。特別是某些電負性較強的化合物（鹵素及含氮、氧化合物）的靈敏度非常高。同時，CI可以用于正、負離子兩種檢測模式，而且是負離子的CI質譜圖靈敏度高于正離子的CI質譜圖個數(shù)量級。但是，CI源不適于難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定性或極性較大的化合物，并且CI譜圖重復性不如EI譜，沒有標準譜庫。得到的碎片離子少，缺乏指紋信息。3.6 質量分析器常用的氣相色譜質譜聯(lián)用儀有氣相色譜四級桿質譜

11、儀（GCQMS）、氣相色譜離子阱串聯(lián)質譜儀（GCITMSMS），氣相色譜時間飛行質譜儀（GCTOFMS）和全二維氣相色譜飛行時間質譜儀（GC×GCTOF-MS），不同生產廠家型號質量掃描范圍不同，有的高達1200amu。3.7 離子檢測器質譜儀常用檢測器為電子倍增管、光電倍增管、照相干板法和微通道板等。目前四級質譜、離子阱質譜常采用電子倍增器和光電倍增管，而時間飛行質譜多采用微通道板。其檢測器靈敏度都很高。3.8 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)是GC/MS的重要組成部分。一般包括低真空前級泵（機械泵）、高真空泵（擴散泵和渦輪泵較常用）、真空測量儀表和真空閥件、管路等組成。質譜單元必須在高真空狀態(tài)下

12、工作，高真空壓力達10-5-10-3Pa。另外，高真空不僅能提供無碰撞的離子軌道和足夠的平均自由程，還有利于樣品的揮發(fā)，減少本底的干擾，避免在電離室內發(fā)生分子-離子反應，減少圖譜的復雜性。3.9 計算機控制系統(tǒng) 調諧程序一般質譜儀都設有自動自動調諧程序。通過調節(jié)離子源、質量分析器、檢測器等參數(shù)，可以自動調整儀器的靈敏度、分辨率在最佳狀態(tài)，并進行質量數(shù)的校正。所需調節(jié)的質量范圍不同，采用的標準物質也不同。通常分子量為650以內的低分辨率GC/MS儀器多采用全氟三丁胺（PFTBA）中m/z 69、219、502、614等特征離子進行質量校正。 數(shù)據(jù)采集和處理程序混合物經過色譜柱分離之后，可能獲得若

13、干個色譜峰。每個色譜峰進過數(shù)次掃描采集所得。一般來說，質譜進行質量掃描的速度取決于質量分析器的類型和結構參數(shù)。一個完整的色譜峰通常需要至少6個以上數(shù)據(jù)點，這要求質譜儀有較高的掃描速度，才能在很短的時間內完成多次全范圍的質量掃描。與常規(guī)的GC/MS相比，飛行時間質譜儀具有更高速的質譜采集系統(tǒng)。隨著GC/MS解決經濟技術的發(fā)展，可以一次性采集上百個組分，然后通過計算機的軟件功能可完成質量校正、譜峰強度修正、譜圖累加平均、元素組成、峰面積積分和定量運算等數(shù)據(jù)處理程序。GC/MS中最常用兩種檢測方式為全掃描和選擇離子監(jiān)測工作方式。前者是隨著樣品組分變化，在全掃描方式下形成的總離子流隨時間變化的色譜圖，

14、稱總離子流色譜圖。適合于未知化合物的全譜定性分析，且能獲得結構信息；后者采用這種選擇離子監(jiān)測工作方式所得到的特征離子流隨時間變化形成了質量離子色譜圖或特征離子色譜圖。對目標化合物或目標類別化合物分析 ，靈敏度明顯提高，非常適合復雜混合物中痕量物質的分析。 譜圖檢索程序被測物在標準電離方式電子轟擊源EI 70eV 電子束轟擊下，電離形成質譜圖。利用譜庫檢索程序可以在標準譜庫中快速地進行匹配，得到相應的有機化合物名稱、結構式、分子式、分子量和相似度。目前國際上最常用的質譜數(shù)據(jù)庫有：NIST庫、NIST/EPA/NIH庫、Wiley庫等。另外，用戶還可以根據(jù)需要建立用戶質譜數(shù)據(jù)庫。 診斷程序在各種分

15、析儀器的使用過程中出現(xiàn)各種問題和故障是難免的，因此采用儀器自身設置的診斷軟件進行檢測是必不可少的。同時，在儀器調諧過程中設置和監(jiān)測各種電壓，或檢查儀器故障部位，有助于儀器的正常運轉和維修。4、 氣質聯(lián)用技術分析方法4.1 氣相色譜部分氣相色譜-質譜聯(lián)用儀一般采用高純（99.999%）化學惰性好的氦氣（電離電位24.6 e V，比一般有機物的電離電位高），其分子離子峰m/z = 4，在多數(shù)質譜的掃描質荷比下限之外，對總離子流質量色譜圖和質譜圖干擾小。不能使用氮氣，其電離電位只有15.6 e V，接近大多數(shù)化合物的電離電位，而且其分子離子峰m/z = 28，易與某些化合物的特征離子重疊，也接近多數(shù)

16、質譜的掃描質荷比下限，會產生較高的本底干擾，降低豐度比。氫氣的電離電位為15.4 e V，但其分子離子峰m/z = 1，在一些應用中可以代替氦氣。氣相色譜-質譜聯(lián)用儀只能使用高純度的載氣（99.999%），以減小本底干擾，管路必須是經過嚴格凈化處理過的才能使用。在載氣進入色譜柱前應通過氣體凈化器出去水、氧氣和烴類物質，防止損害色譜柱，并設法控制氮氣、氬氣等永久性氣體的含量。氣質聯(lián)用多將毛細管色譜柱直接插入離子源，因此柱流量必須進行控制，與真空泵的抽速匹配。一般真空泵的抽速在60-100 L·s-1，進入質譜的氣體流量不能超過1 mL·min-1，抽速較大的渦輪分子泵可允許2

17、-4mL·min-1的流量。一般色譜柱的流速計量多采用恒壓方式，隨柱溫升高柱流量會逐漸減小，這時應保證流量不低于0.4 mL·min-1，否則會對分離效果產生較大影響，實際操作中應在分離效果與真空效果之間作出平衡。氣相色譜-質譜聯(lián)用法中，試樣前處理的要求與氣相色譜一致，對于氣質聯(lián)用而言，由于質譜檢測器很靈敏，最重要的是要避免前處理帶來的本底干擾和離子源污染，因此試樣的基質應越簡單越好，制樣溶劑最好使用色譜純，使用分析純則應重蒸。氣相色譜-質譜聯(lián)用儀一般使用窄口徑毛細管色譜柱，最好是MS專屬型色譜柱，選擇時應保證柱效高，惰性好，熱穩(wěn)定性好，以保證低流失和較高的分離效率。4.2

18、 質譜部分質譜屬于精密的分析技術，質譜儀從進樣、離子化、離子質量分離到檢測需要控制的參數(shù)和條件很多，與氣相色譜聯(lián)用后還涉及接口、真空系統(tǒng)維護等單純質譜分析中沒有的問題。需要全面分析和把握。下面以四級桿質譜為例對聯(lián)用時的質譜技術要領作簡單介紹。 儀器的調諧儀器的調諧就是通過調節(jié)離子源、質量分析器、離子檢測器的參數(shù)對儀器進行校準，達到所需要的分辨率、靈敏度、準確度和正常的離子強度比，提高質譜庫檢索的準確性，或了解儀器狀態(tài)能否達到規(guī)定的指標。對不同質荷比范圍的儀器，按操作規(guī)程的要求，采用相應標準物質，通過比對標準化合物特征離子的相對強度、實測質量的誤差，計算實測質量與掃描電壓的矯正曲線，檢查操作參數(shù)

19、是否偏離正常值，檢查本底峰強度，檢查峰形來進行調諧。調諧中可供調整的參數(shù)有離子源的發(fā)射電流、電子能量，質量分析器的工作電壓，離子聚焦透鏡電壓等。調諧操作時，軟件的運行窗口可以顯示特定離子質量的峰形及各參數(shù)的變化情況，調諧結束后可以直接給出調諧結果。 質譜真空系統(tǒng)的維護真空系統(tǒng)是質譜正常工作的基礎，正確的開關機操作步驟和日常維護是維持良好真空的必要條件。應該盡量將試樣進行成批分析，較少開關機的次數(shù)，并盡量防止突然斷電的情況發(fā)生，一般一周或數(shù)周關機一次。氣質聯(lián)用儀的啟停通常有日常關機和徹底關機兩種狀態(tài)，日常關機狀態(tài)下質譜不卸真空，載氣維持小流量的輸入；維護操作一般在徹底關機狀態(tài)下徹底卸掉真空后進行

20、。注意，只有在質譜的離子檢測器降至室溫后才能卸真空，防止突然降溫損壞離子檢測器；完全卸掉真空之前切不可關掉質譜及直接進樣裝置的真空泵，以防止泵油倒吸。另外還應定期檢查擴散泵的油面高度，更換泵油。分子渦輪泵要定期檢查冷卻系統(tǒng)。 質譜圖本底干擾的來源及對策質譜真空系統(tǒng)的潔凈是獲得高質量質譜圖的保證。真空系統(tǒng)的殘余氣體是本底干擾的主要來源，并且這種殘余氣體的產生是不可避免的。其主要來源是色譜柱的固定相流失，進樣口硅橡膠隔墊殘渣，它們主要是硅氧烷聚合物的殘渣。這些流失物會源源不斷地進入離子源，造成色譜圖和質譜圖的基線噪聲增大，硅氧烷聚合物的碎片一般相對分子質量教大，并且質譜圖特征明顯。其質荷比范圍分布

21、較寬（m/z = 73-503），大部分分布在常規(guī)分析所檢測的質量掃描范圍內，會對靈敏度和準確度產生干擾，可能造成圖譜失真。其他污染物的來源還包括氣相色譜載氣不純、進樣針污染、試樣污染、溶劑污染、離子源清洗劑污染和泵油蒸發(fā)等。一般進樣和不進樣流失的本底圖譜是一樣的，僅是強度不同，在圖譜中可以扣除得到良好的譜圖。但正確的維護和操作才是降低此類干擾的根本保證，如及時清洗易污染的部件，使用耐高溫的交聯(lián)鍵合相色譜柱和耐高溫的密封隔墊，及時更換失效的密封隔墊；進樣分析前對氣相色譜系統(tǒng)進行充分的老化；分析完成后不急于降溫關機，對系統(tǒng)進行適當?shù)暮婵竞统檎婵?；定期更換泵油。 質譜的掃描方式 從氣相色譜流出的組

22、分不斷進入質譜，質譜對組分離子的質荷比分布和相對強度進行快速反復掃描并采集數(shù)據(jù)。不同的掃描方式所檢測的離子不同，獲得的色譜圖的意義也不同，最常見的兩種掃描方式是全離子掃描（TIM）和選擇性離子掃描（SIM）。全離子掃描是將每張質譜圖中所有的離子強度相加，所獲得的質量色譜圖為總離子流色譜圖（TIC），反映總離子流強度隨掃描時間的變化的情況。將每次全離子掃描得到的質譜圖中某一個質荷比的離子的強度疊加得到的離子流強度作縱坐標，以時間為橫坐標，即得到被檢測離子的強度隨掃描時間變化的曲線，這就是質量色譜圖。質量色譜圖可以反映色譜流出的特定組分的濃度隨時間變化的情況。SIM的靈敏度要比TIM高2-3個數(shù)量

23、級，峰形及重現(xiàn)性也較好，可以利用化合物特征離子質量色譜圖的保留時間有差異，則表明TIC中的同一個色譜峰可能存在不止一個化合物。但SIM不能進行未知物的鑒定，因為需要事先知道化合物的離子質量。 質譜圖譜庫檢索利用質譜解析，對照質譜庫中的質譜圖即可快速分析化合物的結構等信息。美國國家標準與技術局（NIST）的譜庫檢索系統(tǒng)和Wiley數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)今應用最廣泛的質譜庫系統(tǒng)，各廠商的質譜庫多參照該系統(tǒng)編撰，NIST譜庫檢索系統(tǒng)集成了相對分子質量、同位素組成、圖譜解析、自動鑒別質譜數(shù)據(jù)、分離氣相色譜共流出色譜峰等功能。注意這些參考圖譜不可避免地會有疏漏，一個化合物也可能存在多張圖譜，而且應注意實測譜圖的來源

24、、所用儀器類型以及操作條件的差異。 設置采集延時氣相色譜-質譜聯(lián)用的應用范圍很廣，通常的用途有復雜混合物的成分分析，雜質成分的鑒定和定量分析，目標化合物殘留的定量分析。氣相色譜的操作參數(shù)可以直接移植到氣質聯(lián)用儀上，質譜條件則除了電離電壓、掃描速率、質量范圍、信號放大電流等外，還應注意溶劑峰扣除時間的設定。由于遮普為了自我保護通常在信號飽和時會中斷信號采集，而氣質聯(lián)用儀的進樣量相對于試樣溶劑量來說很小，溶劑沸點又很低，在氣相色譜中將首先流出色譜柱。因此如不設定采集延時，使質譜在溶劑出峰后再進行檢測（通常2-5min后），則溶劑峰很容易使質譜檢測器飽和而采集不到待測組分的色譜峰。在實際分析操作中應

25、注意以下問題：應收集保存與試樣相關的所有信息，包括試樣性質與前期制樣操作過程；盡可能收集各種標準品備用，應對可能出現(xiàn)的問題；根據(jù)分析需要選擇合適的色譜柱和操作條件；根據(jù)試樣性質選擇合適的離子化方式；選擇適當?shù)臄?shù)據(jù)記錄和處理方法。4.3 定量分析氣質聯(lián)用技術在定量方面具有一定優(yōu)勢，即可以在色譜峰分離不完全的情況下，采用選擇性離子掃描，利用其各自特征離子保留時間的差異，根據(jù)化合物特征離子的峰面積或峰高與相應待測組分含量的比例關系，對其中的化合物分別進行定量。而且選擇性離子流色譜圖相對不易受干擾，定量結果更可靠。在用質譜進行定量前，應首先根據(jù)其保留時間和質譜圖確認目標化合物的特征離子，以免產生假陽性

26、。定量的操作方法是，先選定目標色譜峰，選取該峰附近兩側的基線噪聲作為本底干擾予以扣除，然后對峰面積進行積分或計算峰高，然后換算成待測組分的濃度。由于質譜靈敏度較好，常用的換算方法是TIC峰面積歸一化法，對于成分復雜的待測物，應考慮使用校正曲線法，以排除未完全分離的峰中非目標組分的干擾。同位素標記內標法是將穩(wěn)定性同位素（如2H，13C，15N）標記到待測組分好和內標物中的內標校正曲線法，具有很高的靈敏度和專屬性。這是氣質聯(lián)用技術獨有的技術，除質譜以外，其他色譜檢測器均不能使用。4.4 定性分析氣質聯(lián)用技術可以在有標準品的情況下根據(jù)色譜并保留時間定性，與普通氣相色譜的定性方法相同，即在色譜圖中首先

27、選定目標化合物的色譜峰，然后調出質譜圖庫進行比對，確定待測組分可能的結構及其他相關信息。對于在TIC中尚未完全分離的色譜峰，可以換用SIC提高分辨率。注意所選離子必須能夠確證為待測組分主要的特征離子。若無標準品則可以利用質譜測定化合物特征離子并與標準質譜圖庫比對進行結構解析，以一般的質譜定性方法相同。如果能夠獲得較純的試樣，可以不經過氣相色譜分離而直接進行質譜分析，即采用直接進樣模式（DI）進樣。將試樣盛入專用試樣管后，放入質譜的直接進樣桿，設定升溫程序，使試樣組分按沸點由低到高依次氣化，直接進入質譜進行分析。直接進樣分析也可以選擇全離子掃描（TIM）或選擇離子掃描（SIM），所得到的圖譜也稱

28、色譜圖，解析方法與一般氣質聯(lián)用分析所獲得的色譜圖相同。在氣質聯(lián)用中良好的分離是定性的基礎，得到正確的質譜圖是質譜定性準確的前提。質譜圖不可靠則質譜圖庫檢索匹配率低，增加質譜圖解析的難度。對于未知化合物的結構鑒定，氣質聯(lián)用只能提供關于化合物結構特征的部分信息。質譜庫的檢索結果一般是提供幾個可能的化合物結構、名稱、相對分子質量、分子式等信息，并依照匹配程度的大小列出以供參考。待測物質結構的最終確證必須結合其他手段，如核磁共振、全合成等。5、 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術的應用GC/MS聯(lián)用在分析檢測和研究的許多領域中起著越來越重要的作用，特別是在許多有機化合物常規(guī)檢測工作中成為一種必備的工具。如環(huán)保領域

29、在檢測很多有機污染物，特別是一些低濃度的有機物，如二噁英等的標準方法就是規(guī)定用GC/MS；藥物研究、生產、質控以及進出口的許多環(huán)節(jié)中都要用到GC/MS；法庭科學中對燃燒爆炸現(xiàn)場的調查，工業(yè)產品領域如石油、食品、化工等行業(yè)都離不開GC/MS。5.1 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術在環(huán)境分析中的應用Mike H· Carter等用毛細管GC-MS-DS分析了環(huán)境溢出油樣。填充柱（250cm×2mm）裝有固定相3%的Sp-2100擔體Supel Coport（80-100目），毛細管柱管壁涂SE-30和載體涂OV-17（分別為34米和33米），用CI、EI兩種類型的質譜。N. E. Sp

30、ingarn等用GC-MS分析15種易揮發(fā)的物質（乙醛、烯丙醇、氯丙烯、醋酸戊酯、糠醛等），檢出限低于10ppb，回收率，精確度測量表明，該法可用作定量分析。R· H· wightman等用GC-MS研究了常見于環(huán)境樣品中，合成磷酸三烷基酯以及芳基磷酸酯的物理特性，結果說明GC-MS對這些環(huán)境樣品是一個最靈敏、快速的分析方法。A·D·Santer等通過各實驗室對環(huán)境樣品中53種可萃取的重要污染物的分析，對實驗室之間的GCMS響應因子精密度進行了研究。Kins，Chiu等用GC-MS和GC-FT-IR測定了多環(huán)芳香族化合物的結構特征，其分析的特殊化合物是不

31、可能用所述兩種方法中的單獨一種方法完成的。（1） 水分析Kusunoki kenichi等應用GC-MS測定水中的酚類化合物。其方法是首先對試樣進行己烷萃取，然后將酚類化合物兩次萃取到苯中，合并的苯萃取液于K-D濃縮器中，濃縮到5毫升，用色譜法分析濃縮物，甲苯檢出限為2微克/升，苯酚、鄰甲氧基苯酚、氯酚、2，4-二氯苯酚和三氯苯酚檢出限為0.5微克/升，回收率為90-100%。M· Suzukr報道了一種使用微網(wǎng)狀Amberlite XAD-2樹脂富集水中痕量六氯環(huán)己烷異構體的GC-MC測定方法。A· Carca敘述了污水試樣中有機氯化物的GC和GC-MS測定。GC-MS系

32、統(tǒng)在數(shù)據(jù)系統(tǒng)控制下，采用掃描或離子選擇形式。此系統(tǒng)比GC更靈敏，快速和較好的分辨，精度雖差，但兩個系統(tǒng)所得結果一致。J·W Eichelberger用熔融石英毛細管GC-MS和填充柱GC-MS測定水中有機物，對該方法的精密度和準確度進行了比較。（2） 大氣分析EBalfans等用毛細管GC、GC-MS對降塵中38種多環(huán)芳烴的氧化產物進行了鑒定。R.L.Tanner等對環(huán)境樣品中的苯并芘進行了測定、檢測限分別為20和60pg。H·V·Tong等在定量分析柴油和廢氣顆粒物中的1-硝基芘時，采用一種改進的冷卻柱上注射技術，使分解減少到最低限度，從而改良了定量分析的精密度

33、。用GC-MS（低分辨）測定空氣中痕量亞硝胺時，幾種揮發(fā)性亞硝胺的檢出限在0.1-0.2微克/立方米。還有用GC-MS技術測定環(huán)境大氣中ppb級低濃度氯甲烷、居民生活燒煤條件下（即不完全燃燒）煤煙的一般氣態(tài)成分的研究。測定環(huán)境中某些有機氯化物研究表明，只要滿足GC的穩(wěn)定性，能在質譜儀中生成特征離子條件的物質，就能用幾毫微克的試樣測得完整的譜圖，并能檢測出微微克級范圍的給定化合物。（3） 沉積物分析TRStenheimer應用毛細管GC-MS-DR技術測量河床沉積物中50多種有機化合物（大部分為烴類）。S.Sporstol等提出了一種用GC-MS法分析和測定沉積物的一些芳香族的方法。G.Mats

34、umoto 報道了用GC-MS測定河水污泥中n-烷烴和不溶解的復雜烴混合物含量，還討論了在水和沉淀中有機物組成的特征劑其之間的相關性。R. Gotz用HRGC-LRMS測定了土壤和其他固體環(huán)境樣品中的多氯聯(lián)苯并芘-二噁英和多氯聯(lián)苯呋喃。用GC-MS-選擇性離子檢測方法，測定鄰苯二酸二乙酯，鄰苯二酸二丁酯和鄰苯二酸雙-（2-乙基己基）酯，檢測限分別為5.3，2.7和1.3ppb。（4） 砷、硒、汞和鉛形態(tài)分析GC-MS是目前砷化合物形態(tài)分析一種聯(lián)用技術，特別是作為低濃度砷的形態(tài)分析方法。方法融合了GC的高效分離和MS的低檢測限、寬動態(tài)線性范圍等優(yōu)點用于砷的形態(tài)分析。在樣品前處理時，由于氣相色譜的

35、分離特點通常需要對試樣進行衍生化，常用于砷形態(tài)分析的衍生方法有：氫化物法，二硫代氨基甲酸衍生法，三甲基硅烷衍生法，DMA的碘代二甲基砷氫化物法以及巰基乙酸甲酯（TGM）衍生法等方法。多年來GC-MS對砷的形態(tài)分析研究大多體現(xiàn)在對衍生方法和樣品前處理等方面的改進。硒的測定需要將不同形態(tài)的硒變?yōu)檫m于測定的形式，為此要對樣品進行消化。消化時要保證樣品中的硒全部轉化為適于測定的形式，同時要盡可能避免硒的損失。目前，常用的方法是濕法消解，但大多存在不同程度的硒損失。利用微波消解技術消化樣品有節(jié)約消化時間，再現(xiàn)性好的優(yōu)點。硒化物的分離富集手段主要有色譜法、電泳、凝膠過濾等多種方法。GC-MS在硒形態(tài)分析中

36、的研究重點主要在改善固定相技術、樣品前處理技術和衍生方法上，通過改進提高了硒分析的檢出限。GC能夠直接分離揮發(fā)性的二甲基硒、二甲基二砷等。汞的形態(tài)不同，產生的毒性也不同。研究表明，無機汞可通過生物甲基化、乙基化等反應生成相應的有機汞，而有機汞可被動植物吸收，并通過食物鏈富集，其富集倍數(shù)可高達106-107，最終危害人類健康。用GC進行汞的形態(tài)分析時，通常有3種衍生方法：氫化物法、直接水相衍生法和格氏試劑衍生法。多年來的研究方向大多是體現(xiàn)在色譜方法和衍生方法的改進上，GC-MS（GC-ICP-MS）聯(lián)用技術結合了色譜法的高靈敏度的特點，已成為有機汞形態(tài)分析的有效手段。鉛的形態(tài)分析主要是分析和測定

37、樣品中鉛的無機態(tài)離子和有機態(tài)絡合物的濃度，所以要求分析技術有很高的靈敏度和專一性，在分析過程中盡量避免原來形態(tài)平衡破壞，建立簡便、快速、靈敏、準確的方法。目前主要是結合萃取分離和富集技術，再聯(lián)用高靈敏度檢測儀器進行測定。幾乎所有的烷基鉛都可以用GC-MS和GCICPMS法測定。GCMS聯(lián)用技術在環(huán)境、生化等樣品中砷硒、鉛和汞的形態(tài)分析中起著極其重要的作用，已經得到了廣泛的應用，但分析過程中也存在一些局限。GCMS由于不適合難揮發(fā)或不穩(wěn)定化合物的分析，分析對象急待擴展。質譜在形態(tài)分析領域應用中進一步提高測量的靈敏度仍然是一個質譜分析研究的挑戰(zhàn)性課題。由于樣品非常復雜，待測分析物標準物問題凸顯。由

38、于得不到標準物質可供參考，鑒定未知化合物的化學結構尚有困難。5.2 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術在代謝組學中的應用隨著代謝組學在醫(yī)藥生物各領域中的發(fā)展，氣相色譜-質譜聯(lián)用技術（GC/MS）成為組學分析平臺中最為常見的技術手段之一。對于生物樣本（如尿、血、組織、唾液以及細胞等）中氨基酸、有機酸、多糖、膽固醇、維生素、酰胺、多胺、多醇、脂肪酸、激素、核苷酸、磷酸酯、多肽等小分子代謝物而言，GC/MS具有靈敏度高、分辨率強、重現(xiàn)性好以及高通量的優(yōu)點。在代謝組學的分析策略中，不同類型的樣品通過不同的提取方法和衍生反應方法獲得相應的GC/MS總離子流色譜圖，然后經過數(shù)學轉化得到不同生理或病理狀態(tài)下的機體的代謝

39、譜，并建立數(shù)學模型，獲得體內內源性代謝物的變量，再利用MS中強大的譜庫檢索系統(tǒng)或譜圖解析功能進行分析，最后解釋這些代謝物變化的生物學意義。早在1971年GC/MS就被臨床用于檢測一些特征性標志的代謝物以診斷疾病，例如尿中膽固醇和有機酸代謝物的變化。1978年，Gates和Sweeley等曾采用代謝譜分析技術對臨床患者血和尿等樣品中化合物進行定性和定量分析。2000年，F(xiàn)iehn研究小組采用GC/MS方法對模型植物擬南芥的葉子提取物進行了植物代謝網(wǎng)絡的研究。此后，代謝物靶標分析、代謝輪廓（譜）分析代謝指紋分析、代謝組學研究已經逐漸地被廣泛應用于生物樣本的藥物安全性評估、疾病機制分析和生物標志物探

40、索，并且對于機體受到外界環(huán)境刺激或擾動后其代謝產物產生的動態(tài)響應提供了一種全面的理解。比如以血清為研究對象，基于GC/MS分析技術的代謝輪廓譜觀察到尿毒癥患者與正常人代謝物中氨基酸（纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸）和脂肪酸（肉豆蔻酸、亞油酸）的異常變化，且被測物質靈敏度、穩(wěn)定性非常好。同時與臨床生化指標一致。同樣，在中藥雷公藤的毒性學研究時，根據(jù)GC/MS分析給藥前后不同時間點的老鼠尿樣結果，對中藥安全性及多靶點作用的機制研究提供了新的思路。今年，GC/TOF-MS和GC×GC/TOF-MS技術中TOF-MS的快速掃描和強大的反卷積功能為生物樣本的分析提供了高分辨率和高靈敏度的保證，也逐漸

41、被用于代謝組學中尿、血、組織的研究，如Underwood等采用GC/TOF-MS研究Huntington疾病患者與轉基因老鼠模型的血清代謝輪廓譜，并討論其發(fā)病機制。與單維色譜相比，兩維的色譜信息更全面更廣泛，族分離效應、分辨率和靈敏度明顯提高，且相應時間縮短，得到的光譜純度大大改善。Welthagen等應用GC×GC/TOF-MS技術探究NZO肥胖鼠與C57BL/6鼠組織提取物中的代謝物變化，研究結果表明配置四級桿質量分析器的MS對樣品的分析一次僅獲得五六百個色譜峰，而TOF-MS卻能檢測到一千多個色譜峰，從而反映GC×GC/TOF-MS的快速掃描和信息采集對于復雜體系的全

42、組分分析具有重要的意義，對于未來生物樣品的代謝組學研究提供了技術上的保證。隨著生命科學的發(fā)展，分析樣品越來越復雜，分子量范圍也越來越大，氣相色譜-串聯(lián)質譜技術如離子阱質譜聯(lián)用儀具有MSn多級質譜功能，作為分析混合物和分子結構鑒定的重要手段，也逐漸成為當今醫(yī)學和生物分析等領域研究的熱點之一。目前，代謝組學技術正日益受到科研工作者的關注，特別是GC/MS技術的不斷革新，有助于人們更好地理解機體內復雜的代謝網(wǎng)絡以及生命活動規(guī)律。5.3 氣相色譜-質譜聯(lián)用技術在食品質檢中的應用氣相色譜-質譜聯(lián)用技術在食品中的應用越來越廣泛，主要應用于食品的檢測分析，如農藥殘留量的測定、食品風味成分的檢測、油脂及脂肪酸

43、的測定、食品添加劑的測定及調味品和酒類檢測。（1） 農藥殘留的測定近年來，隨著我國對食品安全的重視，GC-MS在農藥殘留檢測的研究得到了迅速發(fā)展。張兵等用GCMS測定蔬菜中十五種農藥殘留量。李云飛等用GCMS以選擇離子檢測方式對果蔬類農產品中含有機氯、有機磷、氨基甲酸酯及除蟲菊酯類4類12種農藥的殘留量進行定性和定量分析。結果表明方法回收率在80%-120%，變異系數(shù)在6%-20%之間。許泓等采用GC-MS對果蔬中107種殘留農藥檢測進行了系統(tǒng)研究，考察了被測組分在不同極性毛細管色譜柱上的保留時間值。鄭孝華等將微波輔助萃取同液液萃取技術相結合，利用GC-MS開發(fā)了蔬菜、水果中多種擬除蟲菊酯殘留

44、的檢測技術。李擁軍等采用微量化學法和固相萃取技術，用丙酮：正己烷（1:1，V/V）萃取，活性炭和中性氧化鋁小柱凈化，用GC-MS可同時測定茶葉中6種擬除蟲菊酯類農藥的殘留量。方法回收率在84.6%-115.1%之間，相對標準偏差為3%-7%。胡小鐘等研究了一定濃度范圍內農藥峰面積與濃度的線性關系，相關系數(shù)均好于0.99。他們用傳統(tǒng)的液液分配和基質固相萃取相結合，GC-MS分三組對266種農藥進行了分析檢測，并應用于236個蘋果汁的實際樣品分析，效果良好。（2） 風味成分分析氣相色譜和質譜的聯(lián)用GC-MS是目前主流的分析設備，一般和頂空裝置、SPME和SDE等前處理裝置聯(lián)用，實現(xiàn)食品風味物質的快速分離分析。GC-MS是GC與MS-一體化的裝置，檢測化合物是什么（定性）