GC-MS氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀PPT學(xué)習(xí)課件

1、GC-MS 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀 Gas Chromatography-Mass Spectrometer,1,1.什么是GC-MS？ 它一種結(jié)合氣相色譜和質(zhì)譜的特性，在試樣中鑒別不同物質(zhì)的方法。 2.GC-MS的優(yōu)點(diǎn)是什么？ 氣質(zhì)聯(lián)用的有效結(jié)合既充分利用色譜的分離能力，又發(fā)揮了質(zhì)譜的定性專長，優(yōu)勢互補(bǔ)，結(jié)合譜庫檢索，可以得到較滿意的分離機(jī)鑒定結(jié)果。,2,3.GS-MS的基本流路圖,3,GC基礎(chǔ)知識,4,1.什么是GC？ 氣相色譜（GC）是一種把混合物分離成單個(gè)組分的實(shí)驗(yàn)技術(shù)。它被用來對樣品組分進(jìn)行鑒定和定量測定。 氣相色譜（GC）是基于時(shí)間差別的分離技術(shù)。將氣化的混合物或氣體通入含有某種物質(zhì)

2、的管，基于管中物質(zhì)對不同化合物的保留性能不同而得到分離。這就是基于時(shí)間的差別對化合物進(jìn)行分離。樣品經(jīng)過檢測器后，被記錄的就是色譜圖，每一個(gè)峰代表最初混合樣品中的不同的組分。,5,典型色譜圖,峰出現(xiàn)的時(shí)間稱為保留時(shí)間，可以用來對每個(gè)組分進(jìn)行定性，而峰的大小（峰高或峰面積）則是組分含量大小的度量。,6,2.系統(tǒng),一個(gè)氣相色譜系統(tǒng)包括： 可控而純凈的載氣源，它能將樣品帶入GC系統(tǒng) 進(jìn)樣口，它同時(shí)還作為液體樣品的氣化室 色譜柱，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間的分離 檢測器，當(dāng)組分通過時(shí)，檢測器電信號的輸出值改變，從而對某種組分做出響應(yīng) 某種數(shù)據(jù)處理裝置 如下圖所示：,7,色譜系統(tǒng),氣源：載氣必須是純凈的。污染物可能與樣品

3、或色譜柱反應(yīng)，產(chǎn)生假峰，進(jìn)入檢測器使基線噪音增大等。載氣的氣體其種類較多，如：氮、氦、氫、氬等。目前國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用最多的是氮?dú)夂蜌錃狻?8,進(jìn)樣口：將揮發(fā)后的樣品引入載氣流。最常用的進(jìn)樣裝置是注射進(jìn)樣口和進(jìn)樣閥。,圖3 注射進(jìn)樣口,注射進(jìn)樣口用于氣體和液體進(jìn)樣。常用來加熱是液體樣品蒸發(fā)。用氣體或液體注射器穿透隔墊將樣品注入載氣流。,9,圖4 進(jìn)樣閥,樣品從機(jī)械控制的定量管被掃入載氣流。因?yàn)檫M(jìn)樣量通常差別很大，所以對氣體和液體樣品采用不同的進(jìn)樣閥。,10,色譜柱 分離就在色譜柱中進(jìn)行。在測定樣品時(shí)可以選擇不同的色譜柱，所以用一臺儀器就能夠進(jìn)行許多不同的分析。,圖5 色譜柱和柱箱,因?yàn)榇蠖鄶?shù)分離都強(qiáng)

4、烈依賴溫度，故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內(nèi)。,11,檢測器 從色譜柱里出來的含有分離組分的載氣流通過檢測器而產(chǎn)生電信號。檢測器的輸出信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后成為色譜圖。,檢測器,12,3.組分分離,分離混合物起主要作用的是色譜柱，而色譜柱的選擇取決于混合物的性質(zhì)和所需獲得的信息（分析目的）。 那么色譜柱如何對化合物進(jìn)行分離的？ 如一段含有兩個(gè)樣品組分的（彩色的圓點(diǎn)）的色譜柱的橫截面。其中的色譜柱是空柱，它是既沒有填料，也沒有涂層。,未經(jīng)涂層的色譜柱,13,幾秒鐘后，色譜柱中的情況發(fā)生了改變 由于載氣流的帶動，樣品向柱的右端移動。并且由于樣品區(qū)域和周圍載氣中樣品濃度的不同而使得樣品區(qū)域帶展寬。 樣品

5、組分仍是混合在一起的。,幾秒鐘后,14,如果我們在柱子的內(nèi)表面加上一種涂層，假設(shè)這種涂層能夠溶解藍(lán)色圓點(diǎn)組分而不能溶解黃色圓點(diǎn)組分的固定液。 幾秒后再觀察色譜柱：,涂層色譜柱,幾秒鐘后,15,因?yàn)辄S色組分和涂層之間沒有作用。它隨載氣一同流過色譜柱并首先從色譜柱中流出。 藍(lán)色組分在固定液和載氣之間進(jìn)行分配。它以較慢的速度流過色譜柱而后流出色譜柱。 色譜柱類型 毛細(xì)管柱：毛細(xì)管柱是將固定相涂在管內(nèi)壁的開口管，其中沒有填充物。毛細(xì)管柱的內(nèi)徑從0.1到0.5毫米。典型的柱長是30米。 材料：熔融石英、不銹鋼,16,毛細(xì)管柱,填充柱 在填充層內(nèi)，固定液被涂在粒度均勻的載體顆粒上以增大表面積，減少涂層厚度

6、。涂好的填料被填充在金屬，玻璃，或塑料管內(nèi)。 材料：不銹鋼、玻璃 載體：玻璃、石英石、硅藻土等,17,填充柱,選擇毛細(xì)管柱還是填充柱？ *氣體分析通常用填充柱完成。填充柱有足夠的柱容量來適應(yīng)較大體積的氣體進(jìn)樣量。氣體樣品分析常用的填料包括：,18,分子篩氧氣，氮?dú)?，氫氣，二氧化碳，一氧化碳，甲烷等?氧化鋁丙烷或更大分子量的化合物 多孔性聚合物微球乙烷，丁烷，二氧化碳等。 *毛細(xì)管柱有比填充柱更高的分離度。即使選擇低一些，通常也能實(shí)現(xiàn)足夠的分離。 *一根毛細(xì)管柱能夠完成多種分析，而填充柱則可能需要多跟才能完成 *對毛細(xì)管柱和填充柱都適用的固定液有：甲基硅烷，苯基甲基硅烷，聚乙二醇,19,MS

7、基礎(chǔ)知識,20,1.什么是MS？,質(zhì)譜分析是一種測量離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進(jìn)入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。 簡單的說，質(zhì)譜就是稱量離子的工具。,21,2.MS流程圖,22,離子源 在GC-MS中一般采用的是EI和CI離子源。 EI：電子電離源，最常用的氣相電離源，有標(biāo)準(zhǔn)譜庫。,23,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,24,CI:化學(xué)電離源,可獲得準(zhǔn)分子離子 具體過程是

8、在系統(tǒng)抽真空之后，先充入大量甲烷氣體（1001000Pa），與少量樣品分子混合，電子束與甲烷氣體作用幾率大，得到的穩(wěn)定的烷類離子產(chǎn)物（CH5+，C2H5+），但能量較低，與樣品分子結(jié)合后，經(jīng)過一系列反應(yīng)即可得到樣品離子。,25,26,質(zhì)量分析器 磁質(zhì)量分析器 四級桿質(zhì)量分析器 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器,27,磁質(zhì)量分析器 磁質(zhì)量分析器是根據(jù)離子束在一定場強(qiáng)的磁場中運(yùn)動時(shí)，其運(yùn)動的曲率半徑Rm與離子的質(zhì)荷比m/z和加速電壓V有關(guān)，當(dāng)加速電壓固定時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子的曲率半徑不同，于是不同質(zhì)荷比的離子在空間有不同的位置，得到了空間位置上的分離。,28,磁質(zhì)量分析器,29,飛行時(shí)間質(zhì)量分析器 飛行時(shí)間質(zhì)量

9、分析器是一個(gè)長度一定的無場空間，離子經(jīng)加速電壓加速而進(jìn)入分析器時(shí)，由于不同質(zhì)量的離子飛行速度不同，他們飛過一定距離所需的時(shí)間也不同，質(zhì)量小的離子飛行速度快先到達(dá)檢測器，質(zhì)量大的飛行速度慢后到達(dá)檢測器，因而可獲得質(zhì)量分離。,30,飛行時(shí)間質(zhì)量分析器,31,四級桿質(zhì)量分析器 四極桿質(zhì)量分析器由4根平行的圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上一個(gè)直流電壓和一個(gè)射頻交流電壓。當(dāng)離子由電極間軸線方向進(jìn)入電場后，會在極性相反的電極間產(chǎn)生振蕩。只有質(zhì)荷比在一定范圍的離子，才可以圍繞電極間軸線作有限振幅的穩(wěn)定震蕩運(yùn)動，并到達(dá)接收器。只要有規(guī)律地改變所加電壓或頻率，就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達(dá)檢測器，實(shí)現(xiàn)分離

10、的目的。四極桿質(zhì)量分析器的優(yōu)點(diǎn)是具有經(jīng)典的質(zhì)譜圖，再現(xiàn)性好，掃描速度快，離子流通量大，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，因此應(yīng)用較廣；其缺點(diǎn)是對高質(zhì)量數(shù)離子有質(zhì)量歧視效應(yīng)，分辨率較低，適用的質(zhì)量范圍也較小。,32,四級桿質(zhì)量分析器,33,為什么MS需要高真空 提供足夠的平均自由程 提供無碰撞的離子軌道 減少離子-分子反應(yīng) 減少背景干擾 延長燈絲壽命 消除放電 增加靈敏度,34,真空系統(tǒng)確保離子由離子源轉(zhuǎn)移至檢測器,35,GC-MS原理與結(jié)構(gòu),氣相色譜分離樣品的各個(gè)組分，起樣品制備的作用，接口把氣相色譜流出的各個(gè)組分送入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測，質(zhì)譜儀對接口引入的各個(gè)組分進(jìn)行分析，成為氣相色譜的檢測器。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制色譜

11、儀、接口、質(zhì)譜儀，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。,36,實(shí)例1.,用GC-MS對氫氧化鈉和氫氧化鉀催化酯交換反應(yīng)制備生物柴油的定性分析,氫氧化鈉催化制備生物柴油GCMS圖譜,37,氫氧化鈉制備生物柴油的組分分析,38,氫氧化鉀催化制備生物柴油GCMS圖譜,39,氫氧化鉀制備生物柴油的組分分析,40,對在反應(yīng)溫度為60,醇油比為6:1,氫氧化鈉用量為0.5%（油質(zhì)量的0.5%）條件下反應(yīng)2h生成的生物柴油進(jìn)行一分析,根據(jù)出峰時(shí)間,圖中出現(xiàn)的四個(gè)峰依次為棕櫚酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯。 在反應(yīng)溫度為60,醇油比為6:1,氫氧化鉀用量為0.5%（油質(zhì)量的0.5%）條件下反應(yīng)1h生成的生物柴油進(jìn)行

12、一分析,根據(jù)出峰時(shí)間,圖中出現(xiàn)的四個(gè)主要峰依次為為棕櫚酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯。除此之外,還有少量的花生酸甲酯和二十二酸甲酯等。 可以看出,兩種強(qiáng)堿催化劑制備的生物柴油成分及相對含量基本一致。,41,1.GC-MS的缺點(diǎn),GC-MS的不足在于：分析對象限于在300左右及以下可以汽化、并且能離子化的樣品；在加熱過程中易分解的、極性太強(qiáng)的化合物，如有機(jī)酸類等，則需要進(jìn)行酯化衍生處理才可進(jìn)行GC-MS分析，如果樣品不能汽化也不能酯化則需采取LC-MS或其他方法分析；GC-MS分析樣品應(yīng)是有機(jī)溶液。另外，目前質(zhì)譜還有個(gè)一個(gè)很重要的不足是對很多異構(gòu)體（尤其是位置異構(gòu)）無法分辨。,42,2

13、.四級桿質(zhì)量分析器 四極桿質(zhì)量分析器由4根平行的圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上一個(gè)直流電壓和一個(gè)射頻交流電壓。當(dāng)離子由電極間軸線方向進(jìn)入電場后，會在極性相反的電極間產(chǎn)生振蕩。只有質(zhì)荷比在一定范圍的離子，才可以圍繞電極間軸線作有限振幅的穩(wěn)定震蕩運(yùn)動，并到達(dá)接收器。只要有規(guī)律地改變所加電壓或頻率，就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達(dá)檢測器，實(shí)現(xiàn)分離的目的。四極桿質(zhì)量分析器的優(yōu)點(diǎn)是具有經(jīng)典的質(zhì)譜圖，再現(xiàn)性好，掃描速度快，離子流通量大，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，因此應(yīng)用較廣；其缺點(diǎn)是對高質(zhì)量數(shù)離子有質(zhì)量歧視效應(yīng)，分辨率較低，適用的質(zhì)量范圍也較小。,43,相對兩根電極間加有電壓（Vdc+Vrf),另外兩根電極

14、間加有-（Vdc+Vrf)。Vdc 為直流電壓，Vrf為射頻電壓。,在保持Vdc/Vrf不變的情況下改變Vrf值，對應(yīng)于一個(gè)Vrf值，四極場只允許一種質(zhì)荷比的離子通過，其余離子則振幅不斷增大，最后碰到四極桿而被吸收。通過四極桿的離子到達(dá)檢測器被檢測。改變Vrf值,可以使另外質(zhì)荷比的離子順序通過四極場實(shí) 現(xiàn)質(zhì)量掃描。設(shè)置掃描范圍實(shí)際上是設(shè)置Vrf值的變化范圍。當(dāng)Vrf值由一個(gè)值變化到另一個(gè)值時(shí),檢測器檢測到的離子就會從m1變化到m2，也即得到m1到m2的質(zhì)譜。,44,3.關(guān)于GC與MS的接口問題,1.直接導(dǎo)入型接口 內(nèi)徑在0.25至0.32mm的毛細(xì)管色譜往的載氣流量在12mlmin。這些柱通過一根金屬毛細(xì)管直接引入質(zhì)譜儀的離于源）這種接口方式是迄今為止最常用的一種技術(shù)。 2.開口分流型接口 色譜柱洗脫物的一部分被送入質(zhì)譜儀，這樣的接口稱為分流型接口