島津氣相色譜-質(zhì)譜儀基礎(chǔ)知識和分析方法

1、島津氣相色譜-質(zhì)譜儀基礎(chǔ)知識和分析方法 第一部分GCMS:氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀GC:氣相色譜（Gas Chromatograph）MS:質(zhì) 譜 （Mass Spectrometer）目的：分離樣品組分GC組成進(jìn)樣口 ( 樣品氣化)色譜柱 ( 分離 )檢測器 (FID, MS,)樣品載氣離子源透鏡系統(tǒng)四極桿檢測器離子化離子聚焦質(zhì)量分離離子檢測MS組成真空系統(tǒng)質(zhì)譜結(jié)構(gòu)示意圖離子源檢測器四極桿分子渦輪泵電子透鏡第二部分GC基礎(chǔ)載氣氦氣：高純，99.999%10%的鋼瓶氣保有量載氣純度的重要性 載氣不純帶來的問題：載氣中氧的存在導(dǎo)致固定相氧化，損壞色譜柱，改變樣品的保留值。載氣中水的存在導(dǎo)致部分固定相

2、或硅烷化擔(dān)體發(fā)生水解，甚至損壞柱子。氣體中有機(jī)化合物或其它雜質(zhì)的存在產(chǎn)生基線噪音和拖尾現(xiàn)象。氣體中夾帶的粒狀雜質(zhì)可能使氣路控制系統(tǒng)失靈。分流/不分流進(jìn)樣填充柱進(jìn)樣冷柱頭進(jìn)樣程序升溫進(jìn)樣分流/不分流進(jìn)樣是GCMS最為常用的進(jìn)樣方式GC進(jìn)樣方式 分流/不分流進(jìn)樣口結(jié)構(gòu) 進(jìn)樣方式：分流進(jìn)樣（Split）不分流進(jìn)樣（Splitless）F1F2導(dǎo)針器載氣O型圈石墨墊圈螺母玻璃襯管色譜柱隔墊隔墊吹掃分流出口什么是分流進(jìn)樣?分流比 分流流量和色譜柱流量之比 當(dāng)柱流量為 1mL/min、分流流量為 46mL/min-分流比46:146mL/min0.25mmI.D.x30m , df=0.25m1mL/mi

3、n50mL/min47mL/minP分流3mL/min隔墊吹掃載氣為什么要分流進(jìn)樣?() 防止色譜柱過載前沿峰 減小色譜峰展寬為什么要分流進(jìn)樣?()0.25mmI.D.x 30m , df=0.25m1mL/min4mL/min載氣分流1mL/min3mL/min隔墊吹掃e.gSPL-2010(Split)25mm石英棉5-10mm(10mg)34mm分流進(jìn)樣注意點(diǎn)_石英棉的裝填避免分流歧視，提高重現(xiàn)性不適合微量組分的分析（g/mL以下）未知樣品分析時，初始分流比采用50:1或者100:1使用分流襯管正確裝填石英棉定期更換分流出口的捕集阱分流進(jìn)樣操作要點(diǎn)什么是不分流進(jìn)樣？（I）0.25mmI.

4、D.x 30m , df=0.25m1mL/min50mL/min47mL/min載氣46mL/min 分流初始柱溫：溶劑沸點(diǎn)-10度待機(jī)狀態(tài)和進(jìn)樣后1min內(nèi)1mL/min0mL/min分流流路關(guān)閉后總流量變?yōu)?mL/min3mL/min（進(jìn)樣時間設(shè)為1min時）隔墊吹掃m1mL/min進(jìn)樣時的4mL/min1mL/minCarrier GasP0mL/min分流 50mL/min47mL/min46mL/min什么是不分流進(jìn)樣？（II）進(jìn)樣1min后打開分流流路3mL/min隔墊吹掃分流流路1min后打開電磁閥的作用n-C11n-C13n-C15n-C17n-C18n-C11n-C13n-

5、C15n-C17n-C18進(jìn)樣后1min打開電磁閥未打開電磁閥進(jìn)樣時間內(nèi)色譜峰展寬的影響如何減小色譜峰展寬：1）溶劑聚焦效應(yīng)2）高壓進(jìn)樣0.25mmI.D.x 30m , df=0.25m1mL/min4mL/min載氣初始柱溫：溶劑沸點(diǎn)-10度1mL/min0mL/min3mL/min隔墊吹掃分流溶劑聚焦效應(yīng)進(jìn)樣口初始柱溫：溶劑沸點(diǎn)-10度溶劑在柱頭重新冷凝m1mL/min9mL/min載氣分流初始柱溫：溶劑沸點(diǎn)-10度6mL/min0mL/min3mL/min隔墊吹掃高壓進(jìn)樣待機(jī)狀態(tài)和進(jìn)樣后1min內(nèi)（高壓時間設(shè)為1min時）1mL/min6mL/min100Kpa250Kpa 進(jìn)樣1mi

6、n后，柱壓回到100Kpa，柱流量恢復(fù)為1mL/min主要用于分析微量組分（數(shù)十 g/mL或更低）使用不分流襯管或去活性不分流襯管襯管中可裝填少量石英棉以提高重現(xiàn)性如樣品有強(qiáng)吸附性，最好不加石英棉必須使用程序升溫方式，初始溫度低于溶劑沸點(diǎn)1020建議使用高壓進(jìn)樣方式不適合氣體樣品和低沸點(diǎn)溶劑類樣品的分析不適合分析在溶劑峰之前出峰的組分不分流進(jìn)樣操作要點(diǎn)注意事項(xiàng)-樣品氣化不完全進(jìn)樣口溫度過低，將導(dǎo)致高分子量化合物氣化不完全，并且不能有效轉(zhuǎn)移到色譜柱中。進(jìn)樣口溫度：200進(jìn)樣口溫度：300注意事項(xiàng)-樣品分解進(jìn)樣口溫度過高，導(dǎo)致熱穩(wěn)定性差的化合物分解。進(jìn)樣口溫度：280進(jìn)樣口溫度：200注意事項(xiàng)-其

7、他謹(jǐn)慎選擇進(jìn)樣量（小于2L)，避免樣品溢出采用大分流比分流進(jìn)樣時，建議開啟載氣節(jié)省功能進(jìn)水樣時，因水的氣化體積非常大，為避免水汽從襯管溢出，建議減少進(jìn)樣量（進(jìn)樣)注意襯管中石英棉的用量和位置，以及和進(jìn)樣針的配合情況分析高活性樣品時，注意襯管和石英棉去活分析較臟樣品時，要增強(qiáng)襯管和石英棉檢查的頻度毛細(xì)管柱主要類型Porous Layer Open TubularWall Coated Open Tubular多孔層開口柱管壁涂漬開口柱毛細(xì)管柱管材熔融石英合成高純石英外表面涂覆聚酰亞胺內(nèi)表面經(jīng)化學(xué)處理不銹鋼用于高溫分析最不易斷裂內(nèi)表面經(jīng)特殊處理固定相聚甲基硅氧烷siloxanebackbone固定

8、相“ms” or low bleed version苯基基團(tuán)鍵合入硅氧烷聚合物主鏈Rtx-5msDB-5msBPX-5e.g.溫度穩(wěn)定性更好固定相聚乙二醇“WAX” or “FFAP” 類固定液e.g. Rtx-WAX, Stabilwax-DA，DB-FFAP溫度穩(wěn)定性比聚硅氧烷類差，最高使用溫度低于聚硅氧烷類固定液常用商品化毛細(xì)柱對照表固定液類型RestekJ&WSGEAlltechMachereyNagel100% dimethyl polysiloxaneRtx-1Rtx-1msDB-1DB-1MSBP1AT-1AT-1MSOptima 195% dimethyl/5% dipheny

9、l polysiloxaneRtx-5Rtx-5msDB-5DB-5MSBP5BPX5AT-5AT-5MSOptima 5 65% dimethyl/ 35% diphenyl polysiloxane Rtx-35Rtx-35msDB-35DB-35MSBPX35BPX608AT-35-50% dimethyl/ 50% diphenyl polysiloxaneRxi-17Rtx-50DB-17DB-608BPX50AT-50Optima 176% cyanopropylphenyl/94% dimethyl polysiloxaneRtx-1301Rtx-624DB-1301DB-624

10、BP624AT-1301AT-624Optima 1301Optima 62414% cyanopropylphenyl/86% dimethyl polysiloxaneRtx-1701DB-1701BP10AT-1701Optima 1701trifluoropropylmethyl polysiloxaneRtx-200DB-200DB-210AT-210Optima 21050% cyanopropylmethyl/50% phenylmethyl polysiloxaneRtx-225DB-225BP225AT-225Optima 225polyethylene glycol (PE

11、G)Rtx-WAXDB-WaxBP20AT-WAXCarbonWAXOptima WAXpolyethylene glycol 2-nitroterephthalateStabiwax-DADB-FFAPBP21AT-1000Optima FFAP固定相選擇選擇與目標(biāo)化合物極性相近的固定相(“相似相溶”原則）- 峰形和分離變好.分析非極性化合物非極性柱(e.g.Rtx-1)分析極性化合物極性柱(e.g. StabilWAX） 按照分析目的選擇固定相當(dāng)組分沸點(diǎn)差異大時： - 非極性柱(e.g.Rtx-1) 當(dāng)組分沸點(diǎn)差異不大時，如異構(gòu)體： - 極性柱(e.g. StabilWAX）按所需分離狀況

12、選擇需要高分離時： -內(nèi)徑: 細(xì)、長度: 長柱分離已足夠，要縮短分析時間時： -內(nèi)徑: 粗、長度: 短、膜厚：薄柱按分析目的選擇分析低沸點(diǎn)化合物時： - 長度: 長、膜厚：厚 柱 分析高沸點(diǎn)化合物時： - 長度: 短、 膜厚: 薄 柱柱內(nèi)徑、長度、膜厚選擇 色譜柱固定相典型應(yīng)用序號名稱固定液名稱應(yīng)用領(lǐng)域（Restek GC 應(yīng)用數(shù)據(jù)集）1Rtx-1100% dimethyl polysiloxane空氣樣品、芳香族化合物、氯氟烴類化合物、香精油類、脂肪酸、香味揮發(fā)物、香味化合物、烴類、有機(jī)磷農(nóng)藥、氧化物（醚、醇等）、臭氧前體、溶劑、含硫化物、揮發(fā)物2Rtx-595% dimethyl/ 5%

13、diphenyl polysiloxane 醇類、聯(lián)苯胺類、丁基錫類、消毒副產(chǎn)物、氯代烴類、有機(jī)氯農(nóng)藥、柴油中有機(jī)物、成癮藥物、香精油類、汽油中有機(jī)物、鹵代乙酸、鹵代醚類、烴類（易燃物）、亞硝胺類、硝基芳香烴類、PCBs、基本藥物、酚類、多環(huán)芳烴、鄰苯二甲酸酯類、硅氧烷、溶劑、類固醇類3Rtx-6246% cyanopropylphenyl/94% dimethyl polysiloxane揮發(fā)性化合物4Rtx-170114% cyanopropylphenyl/ 86% dimethyl polysiloxane丙烯酸酯、甲醛、有機(jī)氯農(nóng)藥、香味化合物、有機(jī)磷農(nóng)藥、藥物（酸性/中性）、基本藥物

14、、溶劑5Rtx-WAXpolyethylene glycol (PEG)醛類、芳香族化合物BTEX、香精油、FAMEs（酸酯順反化合物）、二醇類、溶劑6Stabiwax-DACarboWAX polyethylene glycol 脂肪酸（游離）、香味揮發(fā)物、有機(jī)酸、溶劑毛細(xì)管柱流量設(shè)定內(nèi)徑載氣流入 MS大流量 真空度差柱內(nèi)徑 流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.53mm 10-15ml/min GCMS-QP2010 Ultra:允許最大流量：15 mL/min (EI方式）恒流控制（使用填充柱和寬口徑毛細(xì)管柱時) 不管色譜柱溫度如何變化，載氣流量始

15、終恒定 (柱溫上升時柱頭壓力自動調(diào)整)恒壓控制(通常用于毛細(xì)管柱) 載氣柱頭壓力始終恒定 (柱溫變化時柱內(nèi)流速同時改變) 恒線速度方式（用于毛細(xì)管柱） 柱內(nèi)平均線速度維持不變 (色譜柱溫度變化時柱壓自動調(diào)整) 載氣控制方式HETP曲線 （Rtx-1，30m，0.25mmi.d.，0.25m）線速度（cm/sec）柱箱 130，樣品 n-C15H320.0200.0400.0600.0800.01000.01200.01400.0010203040506070柱箱 130，樣品 n-C15H32 ，k =7.6GCMS 使用 He N2HeH2載氣線速度與理論塔板高度關(guān)系理論塔板高度 (m)恒線

16、速度控制方式min0250005000075000min0250005000075000min0250005000075000線速度: 15cm/s線速度: 20cm/s線速度: 30cm/s不同載氣控制方式分離的區(qū)別恒壓控制方式恒線速度控制方式優(yōu)點(diǎn)2：GC 和 GC/MS 的保留時間保持一致毛細(xì)管柱t0P進(jìn)P出毛細(xì)管柱P進(jìn)P出t1MSFID大氣壓真空柱入口壓力相同，線速度在 MS 檢測器側(cè)快組分保留時間短。恒線速度控制方式恒線速度控制方式FIDMS采用恒線速度方式 FID 和 MS 檢測器的 RT 相同！第三部分MS基礎(chǔ)Interface（接口）接口:GC to MS的連接部件接口色譜柱 質(zhì)

17、譜高真空使用石墨墊圈 密封（85%Vespel+15%石墨）加熱塊真空- 另一重要因素 真空系統(tǒng)確保離子由離子源轉(zhuǎn)移至檢測器+離子空氣、水等.高真空低真空真空泵 (主泵) Turbo molecular pump （渦輪分子泵）旋轉(zhuǎn)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(guān)機(jī)時間短價格昂貴 單泵排氣系統(tǒng)和差動排氣系統(tǒng) 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RPGCGCMS-QP2010 PlusIonization（離子化）樣品分子在離子源中離子化根據(jù)樣品條件不同 (如氣體或液體)，離子化方法也不同對氣體樣品來說有三種離子化方法EI (Electron Impac

18、t，電子轟擊電離)CI (Chemical Ionization，正化學(xué)電離PCI)NCI (Negative Chemical Ionization，負(fù)化學(xué)電離) e-e-e-e-e-樣品燈絲+碎片離子四極桿EI(電子轟擊電離)分子離子產(chǎn)生：MeM+2e 最常用的離子化方法 開放式離子源 產(chǎn)生大量碎片離子EI概述 碎片和質(zhì)譜圖分子受到電子（70eV）轟擊，在較低能量的化學(xué)鍵處發(fā)生斷裂A-B-C-D e ABCD(molecular ion)2e-ABC+、D+ AB+、CD+A+、BCD+每一化合物具有特定的質(zhì)譜圖：用于化合物識別（定性）(譜庫檢索)ADABCDABCBCDABCD基峰分子離

19、子fragment ions（碎片離子）俵e- M m1m3m2EI 譜圖示例m.w.78m.w.72 GCMS質(zhì)量分析器 磁質(zhì)量分析器 四極桿質(zhì)量分析器 離子阱質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器離子源四極桿檢測器X光透鏡m1+m2+m3+m1+m1/z=kV1m2/z=kV2m3/z=KV3m2+m3+11m/zVm：質(zhì)量z ：電荷 ( =1 in GCMS)k ：常數(shù) V ：四極桿上的電壓四極桿質(zhì)量分析器數(shù)據(jù)采集模式當(dāng)電壓掃描時，離子依次進(jìn)入檢測器。測定間隔默認(rèn)為 0.5 secSCAN mode（掃描模式）imeVm/z0.5sec0.5secV35V350SCAN質(zhì)譜圖圖譜認(rèn)

20、識TIC: Total Ion Chromatogram 總離子流圖MS: Mass Spectrum 質(zhì)譜圖MC: Mass Chromatogram 質(zhì)量色譜圖MIC: Mixed Ion Chromatogram 加和離子流圖 （指定質(zhì)量數(shù)范圍內(nèi)的“總”離子流圖） MS（-六六六）TIC&MC色譜圖和質(zhì)譜圖m/zRetention timeTICMCMS SpectrumSIM (Selected Ion Monitoring) mode - 選擇離子模式SIM主要用于定量分析只有特定質(zhì)量數(shù)的離子被檢測根據(jù)目標(biāo)化合物選擇合適的檢測離子相當(dāng)重要。靈敏度取決于所選擇的檢測離子。TimeVm/

21、zsecV85V97SIM數(shù)據(jù)采集模式質(zhì)譜圖SIM ModeRetention timem/z=72 m/z=152 m/z=54靈敏度高于 Scan 方式常見干擾的碎片離子MS的調(diào)整（調(diào)諧，Tuning） 所有調(diào)整都可利用工作站軟件完成靈敏度調(diào)整分辨率調(diào)整質(zhì)量數(shù)校正相對強(qiáng)度校正第四部分分析方法的建立分析方法儀器參數(shù)GC參數(shù): 色譜柱、流量、溫度等MS參數(shù): 溫度、檢測器電壓、掃描范圍等數(shù)據(jù)處理參數(shù)積分參數(shù)：峰寬、斜率等定性參數(shù)：相似性檢索譜庫等定量參數(shù)：計(jì)算方法、校正級別、組分表等積分參數(shù)積分參數(shù) 峰寬：WIDTH 斜率：SLOPE 漂移：DRIFT 變參時間：注：GCMS中主要采用質(zhì)量色譜

22、圖定量，基本不用考慮漂移和變參時間。定量參數(shù)校正級別（曲線計(jì)算方法）單點(diǎn)校正（liner)多點(diǎn)校正（兩點(diǎn)和兩點(diǎn)以上）線性回歸點(diǎn)到點(diǎn)連線（折線）二次曲線三次曲線單點(diǎn)校正對每一組分僅做一個濃度的標(biāo)樣標(biāo)樣濃度應(yīng)盡可能接近實(shí)際樣品中各組分的濃度單點(diǎn)校正曲線通過原點(diǎn)多點(diǎn)校正對每一組分至少作兩個不同濃度水平的校正標(biāo)樣濃度范圍應(yīng)包含實(shí)際樣品中各組分的濃度多級校正有幾種方式 1.響應(yīng)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 2.組分響應(yīng)值隨濃度變化呈線性變化時，使用最小二乘法，進(jìn)行線性回歸校正計(jì)算方法面積百分率法校正面積百分率法外標(biāo)法內(nèi)標(biāo)法計(jì)算方法（一）面積百分率法（面積歸一

23、）各組分濃度以面積百分率表示，該結(jié)果可以確認(rèn)大概的濃度，但有誤差。校正面積百分率法（校正面積歸一）用重量響應(yīng)因子對峰面積進(jìn)行修正，用該法測定的濃度比前者準(zhǔn)確，但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(yīng)用的必須條件是： 1.樣品中所有組分都出峰； 2.所有峰面積計(jì)算必須準(zhǔn)確。 面積百分率法不需標(biāo)樣組分的靈敏度相近得到大致濃度.(不能用于精確定量) 未知樣 組分 A峰面積100020005001000總面積:4500+=+10004500=22.2%組分A的濃度為：校正面積百分率法需要所有組分的標(biāo)樣標(biāo)樣 (等量組分混合)峰面積100015001000500+組分A的濃度為未知樣組

24、分A峰面積 100020005001000校正后的總面積:2417+=+相對靈敏度2321:相對靈敏度23215002417=20.7%該法是應(yīng)用最廣泛的方法之一，其誤差來源主要是進(jìn)樣誤差，因此，分析前一定要做面積重復(fù)性（即進(jìn)樣重復(fù)性）實(shí)驗(yàn)。在樣品中添加內(nèi)標(biāo)物，通過組分與內(nèi)標(biāo)峰的面積比，對組分進(jìn)行定量。該方法減小了進(jìn)樣誤差對定量結(jié)果的影響。計(jì)算方法（二）需要標(biāo)樣 目標(biāo)組分被檢測到，就可定量進(jìn)樣量的誤差直接影響定量結(jié)果100濃度(ppm)1000峰面積70070未知樣 1L 組分A 峰面積:700標(biāo)樣 1L（組分A 100ppm）組分 A峰面積:1000組分A的濃度為70ppm外標(biāo)法需要標(biāo)樣和內(nèi)標(biāo)物。目標(biāo)組分和內(nèi)標(biāo)物被檢測到，就可定量?？蓽p小進(jìn)樣量的誤差對結(jié)果的影響。 -定量結(jié)果最為準(zhǔn)確內(nèi)標(biāo)物必須準(zhǔn)確添加入所有未知樣品中。未知樣+IS:100ppm1L組分 A1濃度比面積比標(biāo)樣 1L組分A:100ppm內(nèi)標(biāo):100ppm組分 A峰面積12001000面積比內(nèi)標(biāo)：IS內(nèi)標(biāo)：IS峰面積7001000面積比 組分 A 的濃度為： 未知樣中的內(nèi)標(biāo)濃度:100ppmX濃度比:0.58=58ppm內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)物的選