第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件

1、第2章 氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以將聯(lián)用技術(shù)理解為將兩種或兩種以上的分析技術(shù)連接起來以便得到一種更快、更有效的分析工具。兩種光譜技術(shù)的聯(lián)用（例如MS和MS）兩種色譜技術(shù)的聯(lián)用（例如LC和GC）分離技術(shù)和光譜技術(shù)的聯(lián)用（例如GC和MS） 更好地體現(xiàn)了聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點第2章 氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)可以將聯(lián)用技術(shù)理解為將兩種或兩為滿足日益增長的對復(fù)雜樣品的分析方法的要求。即便對一些高效的分離技術(shù)，例如氣相色譜或液相色譜而言，如果不對隨機性加以控制的話，可分離的物質(zhì)的數(shù)目也是很少的。Hirschfeld證明對具有理論塔板數(shù)為1000的分離柱而言，這個數(shù)字是14。實踐中，這種限制可通過選擇非隨機條件而加以

2、避免，例如優(yōu)化GC的溫度程序或HPLC的梯度洗脫。另一種解決辦法是采用多維分離。在許多種色譜技術(shù)（GC、HPLC、SFC、TLC）中，這種多維分離方法通常作為樣品制備過程的一部分已經(jīng)很好地建立起來了。例如，當用固相萃取作樣品富集或純化時，這基本上就是在氣相色譜操作前加的一個簡單的液相色譜操作步驟。如果這種操作是在兩個單獨的步驟中完成的，我們稱之為樣品制備。在聯(lián)用系統(tǒng)中，兩種技術(shù)的結(jié)合是在線的。為滿足日益增長的對復(fù)雜樣品的分析方法的要求。數(shù)據(jù)的多維性提供了比單獨一種分離技術(shù)更多的信息。這可從以下事實中得到體現(xiàn)：色譜技術(shù)可以作很好的分離和定量，但分離后化合物的鑒定則單靠色譜數(shù)據(jù)本身常常是不可能的。

3、而另一方面光譜技術(shù)卻具有優(yōu)異的鑒別能力。利用光譜數(shù)據(jù)進行鑒定往往是明確的，它可通過將光譜數(shù)據(jù)與譜圖庫對比或通過解析來實現(xiàn)。但前提條件是產(chǎn)生該色譜峰的化合物必須純。這就是分離技術(shù)與光譜技術(shù)聯(lián)用說明其長處和效率的一個場合。數(shù)據(jù)的多維性提供了比單獨一種分離技術(shù)更多的信息。這可從以下事一個聯(lián)用系統(tǒng)的主要問題是一套即色譜運行條件是否適用于第二種技術(shù)的操作條件。通常，它需在分離技術(shù)和檢測器之間有一個接口，這是發(fā)展聯(lián)用技術(shù)的本質(zhì)。在早期，此接口相當復(fù)雜并有局限性，而儀器發(fā)展的較后階段此接口就變得較為簡單，或者變成了分析方法不可缺少的一部分。它打開了聯(lián)用技術(shù)的新的可能性，并拓寬了其范圍和能力。 一個聯(lián)用系統(tǒng)的

4、主要問題是一套即色譜運行條件是否適用于第二種技第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件聯(lián)用技術(shù)的主要內(nèi)容氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) GC/MS(本章)液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) LC/MS(下一章)液相色譜-化學發(fā)光法 LC/CL電感耦合等離子體-質(zhì)譜法 ICP/MS毛細管電泳-質(zhì)譜法 CE/MS毛細管電泳-化學發(fā)光法 CE/CL聯(lián)用技術(shù)的主要內(nèi)容氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù) GC/MS(本章)Gas Chromatography Detector熱導(dǎo) (TCD)：熱導(dǎo)系數(shù)差異 （通用性）火焰電離 (FID)：火焰電離 （有機物）電子俘獲 (ECD)：化學電離火焰光度 (FPD)：分子發(fā)射氮磷 (NPD)：熱表面

5、電離原子發(fā)射 (AED)：原子發(fā)射（通用性）紅外 (FTIR)：分子吸收質(zhì)譜 (MS)：電離和質(zhì)量色散相結(jié)合Gas Chromatography Detector選擇四種常用檢測器的性能指標。選擇四種常用檢測器的性能指標。一、概述色譜-純物質(zhì)純物質(zhì)定性、定量一、概述色譜-純物質(zhì)純物質(zhì)定性、定量第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件二、GC/MS過程 二、GC/MS過程 GC純物質(zhì)MS分離離子化碎裂GC純物質(zhì)MS分離離子化碎裂第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件三、G

6、C-MS接口 三、GC-MS接口 將氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)接的主要困難: 要把大氣壓下(色譜分離在此壓力下進行)的化合物引入高真空(MS質(zhì)量分析儀部分通常在近10-5_10-8Torro壓力下運行)。為了克服這一明顯的不相容性，已經(jīng)發(fā)展了各種不同的GC/MS接口。 將氣相色譜和質(zhì)譜聯(lián)接的主要困難:在GC/MS剛剛出現(xiàn)的時候，GC以填充柱在60 mLmin或更高的載氣流速下工作。這一流速與高真空的MS系統(tǒng)并不相容。因此使GC/MS聯(lián)用系統(tǒng)商品化成功的最重要一點是發(fā)展適當?shù)慕涌谝钥朔鲜鱿拗啤Υ私涌诘囊蟀ǎ簻p小GC色譜柱的體積流速至能夠維持質(zhì)量分析儀高真空的程度載氣的選擇性分離色譜分離的維持在GC

7、/MS剛剛出現(xiàn)的時候，GC以填充柱在60 mLmin第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件分子分離器 滲透接口 開口分流接口 直接接口 分子分離器 1、分子分離器 1、分子分離器 第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件2、滲透接口 2、滲透接口 3、開口分流接口3、開口分流接口 此接口是在質(zhì)譜儀上安一個固定的進口限流器，同時用一個針形閥把部分色譜流出物旁路掉。這類接口由于可把不同份額的流出物分出并從質(zhì)譜儀旁路掉，所以色譜柱流速的調(diào)節(jié)更加靈活。 此接口是在質(zhì)譜儀上安一個固定的進口限流器，第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件4、直接接口4、直接接口 利用真空密封法蘭盤將色譜

8、柱出口直接插入質(zhì)譜儀的離子源中。然而，這只適于具有典型流速1-2 mL/min的小口徑毛細管柱。這一氣流仍與現(xiàn)代的MS真空系統(tǒng)相匹配，且接近于開管毛細管柱的最佳流速。 利用真空密封法蘭盤將色譜柱出口直接插入質(zhì)譜儀的離第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件四、真空系統(tǒng) Vacuum system四、真空系統(tǒng) Vacuum system確保離子源內(nèi)能正常電離被測組分，而不被其他分子或因素干擾。確保離子在質(zhì)量分析器中能自由地按電、磁場作用力運動，而不與其他分子或離子碰撞，或這些離子本身相互碰撞。確保離子源內(nèi)能正常電離被測組分，而不被其他分子或因素干擾。第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)

9、譜聯(lián)用儀分解課件機械泵渦輪分子泵或油擴散泵機械泵渦輪分子泵渦輪分子泵A “turbo” pump is able to produce an clean vacuum that is just a few hours and is very reliable.A “turbo” pump is able to prod油擴散泵油擴散泵第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件五、樣品離子化 Ionization method五、樣品離子化 Ionization method第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件1、電子轟擊1、電子轟擊第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2

10、章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件passespasses第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件 電子轟擊離子化(EI) 電子轟擊離子化可產(chǎn)生能提供結(jié)構(gòu)信息的富碎片質(zhì)譜圖。 在電子轟擊離子化中，從氣相色譜柱進入離子源的樣品分子被鎢或錸絲(陰極)發(fā)射的并經(jīng)加速后奔向陽極的熱電子所離子化。當電子與樣品分子碰撞時，電子的部分動能傳遞給了樣品

11、分子，導(dǎo)致樣品分子被激發(fā)、碎裂和離子化。 電子轟擊離子化(EI) 電子轟擊離子化可產(chǎn)生能提供結(jié)構(gòu) 由于分子能量分布會直接影響質(zhì)譜的外觀，且它主要與電子束能有關(guān)，因此常把Ee1固定在一標準數(shù)值Ee170 ev上。其理由為：在這一電子能的作用下可形成最多的離子Ee1的改變對質(zhì)譜外觀的變化很小可形成相對大的分子離子峰和強的碎片離子峰(與分子結(jié)構(gòu)有關(guān))對于不同的儀器，形成離子的能量分布實際上相同，使譜圖基本上與所使用的儀器無關(guān)。 由于分子能量分布會直接影響質(zhì)譜的外觀，且它主要與2、化學電離2、化學電離第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件

12、第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件 化學離子化(CI) 在化學離子化中，待測物通過氣相離子分子反應(yīng)而被離子化化學離子化通常產(chǎn)生能夠提供分子質(zhì)量信息的非常簡單的質(zhì)譜圖。為達此目的，試劑氣(通常為甲烷，異丁烷，氨或水)在較高壓力(0.012 Torr)下被引入離子源，通過電子轟擊離子化產(chǎn)生試劑氣體離子。待測分子則通過與試劑氣體的一系列反應(yīng)，將被間接離子化。在此過程中，只有狹窄分布的少量能量能夠通過碰撞轉(zhuǎn)移給待測分子。這就解釋了為什么CI常被稱為“軟”離子化技術(shù)。軟離子化導(dǎo)致較少的碎片。 化學離子化(CI) 與EI相比，用CI可獲得更豐富的分子離子。盡管較低程度的碎

13、裂增加了GCMS的靈敏度，但它只能提供有限的結(jié)構(gòu)信息。然而，CI的寶貴特點是它的選擇性可以通過試劑氣的選擇進行調(diào)整。如果使用非常溫和的試劑氣，例如氨，則只有非常堿性的化合物(例如胺)可被質(zhì)子化和檢測。CI譜與實驗條件有關(guān)，特別是與離子源壓力有關(guān)。因此不能比較或檢索用不同儀器獲得的CI譜的方法。因為視使用試劑氣而言，既可獲得正離子也可獲得負離子。 與EI相比，用CI可獲得更豐富的分子離子。盡管較六、Mass analyzers（質(zhì)量分析器） 六、Mass analyzers（質(zhì)量分析器） 第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件1、四極桿1、四極桿第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜

14、聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件四極濾質(zhì)器 四極濾質(zhì)器由四根平行的金屬桿組成，其排布見左圖所示。被加速的離子束穿過對準四根極桿之間空間的準直小孔。通過在四極上加上直流電壓DC和射頻電壓RF，在極間形成一個射頻場，離子進入此射頻場后，會受到電場力作用，只有合適m/z 的離子才會通過穩(wěn)定的振蕩進人檢測器。 只要改變DC和RF并保持DC/ RF比值恒定時，可以實現(xiàn)不同m/z的檢測。 四極濾質(zhì)器 四極濾質(zhì)器由四根平行的金屬第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件2、離子阱2、離子阱第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣

15、相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件電子倍增管電子倍增管七、離子的檢測 七、離子的檢測 八、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 八、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件第2章-氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀分解課件九、GC-MS的操作模式全掃描模式【在全掃描模式中，質(zhì)譜圖是在色譜運行期間連續(xù)獲得的】 通常，以掃描模式操作的GC-MS可產(chǎn)生三維數(shù)據(jù)陣列，記錄的強度既是時間（含有色譜信息）又是質(zhì)量（質(zhì)譜信息）的函數(shù)。具有不同信息含量的不同類型數(shù)據(jù)就可從這個三維數(shù)據(jù)

16、陣列中獲取。九、GC-MS的操作模式全掃描模式【在全掃描模式中，質(zhì)譜圖是 1、質(zhì)譜 在某個峰的洗脫期間，由某一時間t1處平行于質(zhì)量軸的數(shù)據(jù)陣列的截面圖可產(chǎn)生各對應(yīng)化合物的質(zhì)譜（離子的相對豐度作為質(zhì)荷比m/z的函數(shù)圖）。憑借其特征碎片圖，使質(zhì)譜成了分子的“指紋”并可通過譜圖庫檢索或質(zhì)譜圖解析鑒定未知物質(zhì)。 1、質(zhì)譜 2、離子色譜 由某一質(zhì)量m1處平行于時間軸的上述數(shù)據(jù)可獲得離子色譜圖，即固定質(zhì)荷比（m/z）的離子的相對豐度對保留時間的函數(shù)關(guān)系。這類信息對于指明個別化合物（如果分子峰取自全掃描數(shù)據(jù)陣列）或各組化合物（如果所取信號是所有被監(jiān)測化合物都具有的一個特征碎片離子的信號）是否存在是有用的。這

17、一操作在有限程度上可給官能團色譜提供補償。 2、離子色譜選定離子監(jiān)測模式（SIM）【在選定離子監(jiān)測模式中，靈敏度可通過僅監(jiān)測少數(shù)幾個選定的m/z比荷成比例地增加記錄時間的辦法加以增強】。 在允許作最靈活的數(shù)據(jù)評估的同時，上面提到的全掃描模式也有靈敏度相當?shù)瓦@一弊端。因為掃描范圍通常相當寬（例如m/z50500），因此所感興趣的質(zhì)譜信號只能從后運行中獲取。這樣大部分數(shù)據(jù)獲取的時間就浪費在了于分析不相干的質(zhì)量上。這種情況可以通過在操作前確定欲監(jiān)測質(zhì)量的辦法加以克服。選定離子監(jiān)測模式（SIM）【在選定離子監(jiān)測模式中，靈敏度可通取代每周掃描中掃描整個范圍，現(xiàn)在儀器用整周時間對預(yù)置質(zhì)量求取數(shù)據(jù)。這被稱為單離子監(jiān)測（SIM）或多離子檢測（MID）。顯然，由于改善了信/噪比（S/N），SIM模式要靈敏得多（與全掃描模式的10ng絕對量相比，它可檢測小到10pg絕對量），但不得不犧牲一些質(zhì)量信息。為了在靈敏度荷特效性之間求得一個折衷，通常需對所懷疑化合物的24個特征離子加以同時測量，并且不同質(zhì)荷比（m/z）處的信號強度比必須落在限定范圍內(nèi)以便獲得確切的鑒定。取代每周掃描中掃描整個范圍，現(xiàn)在儀器用整周時間對預(yù)置質(zhì)量求取總離子色譜（TIC）【總離子色譜圖類似于用火焰離子化檢測器獲得