GCMS在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的進(jìn)展和應(yīng)用技術(shù).ppt

1、GC/MS在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的進(jìn)展和應(yīng)用技術(shù),康致泉 2004年10月20日,目錄,第一部分：有機(jī)質(zhì)譜在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的地位和進(jìn)展。 一、現(xiàn)代科研隊(duì)伍的組成 二、現(xiàn)代科技人員的發(fā)展趨向 三、現(xiàn)代科研規(guī)劃設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 四、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜向提高靈敏度、減少樣品的預(yù)處理方向發(fā)展 五、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域分析、鑒定的發(fā)展 第二部分：GC/MS在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用技術(shù)與色譜技術(shù)的異同點(diǎn) 一、GC/MS選擇毛細(xì)管柱的三項(xiàng)基本原則 二、GC/MS選擇毛細(xì)管柱的規(guī)格 三、GC/MS毛細(xì)管柱的老化技術(shù) 四、GC/MS研究常用柱型流失和質(zhì)譜空白的重要性 五、GC/MS靈敏度的

2、測(cè)試和維護(hù)的重要性 六、GC/MS參數(shù)設(shè)置與作出合理性譜圖的關(guān)系 七、GC/MS數(shù)據(jù)處理與庫檢索中合理性譜圖的關(guān)系 八、分子離子峰的辨別與合理性譜圖的關(guān)系 九、試劑、標(biāo)樣的純度分析與選擇不可輕信標(biāo)簽 十、做好GC/MS分析應(yīng)重視的問題,第一部分有機(jī)質(zhì)譜在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的地位和進(jìn)展,一、現(xiàn)代科研隊(duì)伍的組成：,現(xiàn)代科研是由現(xiàn)代科研管理、現(xiàn)代科技隊(duì)伍，現(xiàn)代物質(zhì)技術(shù)條件三部分組成，但就科研隊(duì)伍中的科技人員來講：科技隊(duì)伍主要由實(shí)驗(yàn)人員和儀器分析人員組成。從一定程度上講，高水平的科技人員與現(xiàn)代分析儀器相結(jié)合是衡量一個(gè)研究、生產(chǎn)單位的重要標(biāo)準(zhǔn)。 二、現(xiàn)代科技人員的發(fā)展趨向： 現(xiàn)代科技人員除由完

3、備的外語、計(jì)算機(jī)、專業(yè)基礎(chǔ)外都向掌握一、兩門現(xiàn)代分析儀器方向發(fā)展，用以實(shí)現(xiàn)所從事的科研規(guī)劃和方案。從現(xiàn)代科研角度來講，有什么水平的儀器設(shè)備，就有什么水平的科學(xué)數(shù)據(jù)，就研究出什么水平的成果。因此，現(xiàn)代分析儀器不僅起著眼睛的作用，而往往在科研中起先導(dǎo)作用，是現(xiàn)代生產(chǎn)力的具體實(shí)現(xiàn)。,三、現(xiàn)代科研規(guī)劃設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想 1、首先研究用什么水平的儀器設(shè)備，用什么水平的研究方法，以達(dá)到什么水平的研究成果。而后方是在此指導(dǎo)思想的指導(dǎo)下配備所需要的科技人員。目前，國際上重大科研項(xiàng)目的實(shí)施，都遵循這一思維。 2、對(duì)研究項(xiàng)目的完成，以物質(zhì)技術(shù)為基礎(chǔ)的分析研究與思維研究的比例一般為7：3，甚至到8：2。也就是說研究項(xiàng)目

4、的完成，是在一定思維研究的指導(dǎo)下，主要靠由一定技術(shù)水平的科技人員動(dòng)手去實(shí)踐完成。從中看出現(xiàn)代分析技術(shù)在現(xiàn)代科研中的重要性。 3、由于現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜的發(fā)展，使與有機(jī)化學(xué)有關(guān)的研究方法都發(fā)生了重大變化。將樣品的預(yù)處理方法、分析方法、鑒定方法提高到新的水平。因此，有機(jī)質(zhì)譜成為現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科中核心儀器之一。在有機(jī)化學(xué)中沒有有機(jī)質(zhì)譜很難對(duì)新的有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行痕量、快速、準(zhǔn)確地定性、定量鑒定。,四、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜向提高靈敏度、減少樣品的預(yù)處理方向發(fā)展：,1、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜小型化、自動(dòng)化、智能化、專用化是特點(diǎn) 2、現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜向提高靈敏度的方向發(fā)展，近十幾年來GC/MS的靈敏度迅速提高，列表如下：,3、現(xiàn)代有機(jī)

5、質(zhì)譜向減少預(yù)處理、提高分離效果方向發(fā)展：,（1）配置溫度程升技術(shù)進(jìn)行分離 （2）配置載氣程升技術(shù)進(jìn)行分離 （3）配置進(jìn)樣口程升技術(shù)進(jìn)行分離 （4）配置不同進(jìn)樣技術(shù)進(jìn)行分離：柱上進(jìn)樣，冷柱頭進(jìn)樣、分流進(jìn)樣、不分流進(jìn)樣4、頂空進(jìn)樣、裂解進(jìn)樣、脫附管進(jìn)樣、冷阱進(jìn)樣等等 （5）多維毛細(xì)管分割分離 （6）多柱連柱法進(jìn)樣分離 （7）多氣路連柱法進(jìn)樣分離 （8）特種柱型高效進(jìn)樣分離：特種柱型、整體柱柱效2萬、小顆粒高效柱柱效十幾萬（LC/MS） （9）不同電離技術(shù)分離鑒定：GC/MS/MS, LC/MS/MS，用子離子鑒別母離子，分離難分離的混合物 （10）軟件處理分離：特征離子定性、定量、重建TIC圖定量

6、、鑒別混和峰等 （11） 高靈敏度、提高掃描速度,五、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域分析、鑒定的發(fā)展：,1、農(nóng)殘、毒物、藥物、食品安全的分離鑒定 （1）痕量： pg/l, fg/l級(jí)。用高靈敏度的有機(jī)質(zhì)譜：GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT 等 （2）結(jié)構(gòu)定性：用3到4個(gè)子離子確認(rèn)母離子，用高靈敏度的GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT等 （3）不出分子離子峰：有機(jī)質(zhì)譜配置化學(xué)電離，CI性能，化學(xué)修飾后用GC/MS/MS, LC/MS/MS等 （4）痕量混合物：用高效柱不能分離時(shí)，用GC/MS/MS, LC/MS/MS, GCT, LCT 用子離子進(jìn)行鑒別 2、打假

7、分離鑒定： （1）痕量 （2）混合物 （3）定結(jié)構(gòu) 3、傳統(tǒng)GC、LC分離鑒定方法，已被現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)譜痕量、快速、準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)鑒定方法所代替，GC、LC發(fā)揮其分離的功能。如此，方能與國際接軌，如此，方能解決進(jìn)出口相互制約問題,第二部分 GC/MS有機(jī)質(zhì)譜在現(xiàn)代科研、現(xiàn)代檢驗(yàn)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)與色譜應(yīng)用技術(shù)的異同點(diǎn),1、柱效要高： 因大部分樣品只在少數(shù)幾根毛細(xì)管柱上進(jìn)行分析研究。由于現(xiàn)代毛細(xì)管柱的涂漬不僅每米塔板數(shù)高，而且隨著毛細(xì)管的增長(zhǎng)，總柱效更高。高柱效補(bǔ)償了固定相選擇性的不足，這樣就擴(kuò)大了毛細(xì)管柱對(duì)樣品的分析范圍，提高了對(duì)混合物分離效果，縮短了分離時(shí)間。 高柱效可將被分離的樣品得到區(qū)域?qū)挾群苷?/p>

8、的峰，使峰不拖尾，也就是提高了將混合物分離成單個(gè)化合物的能力。 高柱效對(duì)位置異構(gòu)體有較好的分離效果 2、柱惰性要好： 柱惰性不好，表面活性大，增大對(duì)樣品的吸附性，不僅產(chǎn)生樣品峰峰型拖尾，而且使有關(guān)樣品的響應(yīng)值降低或不出峰，不能作痕量分析。柱惰性不好，也會(huì)降低毛細(xì)管柱的熱穩(wěn)定性，增大柱流失，影響作出合理的質(zhì)譜圖。柱子產(chǎn)生的不可逆吸附、可逆吸附、催化降解反應(yīng)都與柱惰性等有關(guān)系。是GC/MS聯(lián)用使用毛細(xì)管柱分離鑒定中特別重視的問題之一。,一、GC/MS選擇毛細(xì)管柱的三項(xiàng)基本原則：,3、熱穩(wěn)定性要好： 所有毛細(xì)管柱都有流失現(xiàn)象，這是由于固定相的正常降解而產(chǎn)生的被洗脫物質(zhì)，而且柱流失隨著溫度的升高而加劇

9、；一般來說，極性柱流失較大，非極性柱流失較小。 毛細(xì)管柱流失大小與毛細(xì)管柱熱穩(wěn)定好壞有直接關(guān)系。毛細(xì)管柱熱穩(wěn)定性不好，流失增大，會(huì)導(dǎo)致固定相劣化。這不僅降低柱效，而且增大柱內(nèi)表面活性，對(duì)樣品吸附性增大，直接干擾GC/MS作出合理的譜圖。 毛細(xì)管熱穩(wěn)定性不好，流失增大，影響了GC/MS痕量分析，并縮短了毛細(xì)管柱子使用壽命。 因此，在GC/MS選擇毛細(xì)管柱中熱穩(wěn)定性做為第一選擇原則，購置后首先作熱穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)，對(duì)新毛細(xì)管柱進(jìn)行檢查，找出最佳使用溫度，確定對(duì)毛細(xì)管柱的老化方法：,250 流失,503,415,355,281,207,TIC,270 流失,300 流失,320 流失,350 流失,100

10、,200,300,400,m/z,GC/MS熱穩(wěn)定檢查方法,關(guān)于熱穩(wěn)定性不好的原因，檢查熱穩(wěn)定性方法在GC/MS應(yīng)用中有質(zhì)譜結(jié)構(gòu)分析方法進(jìn)行鑒別?？傊瓽C/MS選擇毛細(xì)管柱性能可用，GC方法一定能用，而GC方法選柱能用，GC/MS不一定可用。,二、GC/MS對(duì)毛細(xì)管柱規(guī)格的選擇,1、對(duì)毛細(xì)管柱單項(xiàng)規(guī)格選擇要點(diǎn)： （1）從柱體選擇： 玻璃柱、不銹鋼柱、剛性柱、石英柱等。目前以石英柱為佳，具有優(yōu)良的柔性和惰性，甚至不經(jīng)過鈍化處理，便可涂漬非極性和中等極性固定相 （2）從外涂層進(jìn)行選擇： 在石英柱體外壁涂聚酰亞胺，增加彈性，可耐溫300 左右，在石英柱體外壁涂漬金屬鋁，恒溫可達(dá)400 ，程升可達(dá)45

11、0 ，此柱內(nèi)涂聚硅氧烷可分析分子量1000到1200 amu，程升可達(dá)650-750 。 （3）從柱內(nèi)徑進(jìn)行選擇： 內(nèi)徑通用系列： 0.1mm 0.2mm 0.25mm 0.32mm 0.53mm 0.1mm 0.15mm 0.22mm 0.32mm 0.53mm 其中0.1mm為超臨界柱，0.25mm為GC/MS通用柱，0.32mm為GC/MS靈敏度降低時(shí)，增大柱容量保持GC/MS靈敏度用柱；0.53mm為大口徑柱，可涂漬厚液膜，用于分析低揮發(fā)點(diǎn)樣品用，涂漬薄液膜柱分析高揮發(fā)點(diǎn)樣品用，擴(kuò)展了GC/MS分析樣品范圍。,（4） 從柱長(zhǎng)度進(jìn)行選擇：,選擇長(zhǎng)度時(shí)應(yīng)考慮分析時(shí)間與分離度的關(guān)系：分離時(shí)間

12、與柱長(zhǎng)成正比，分離度與柱長(zhǎng)呈平方根的關(guān)系，即使分離度增大1倍，柱長(zhǎng)必須增加4倍，時(shí)間也延長(zhǎng)4倍。一般柱長(zhǎng)可提高柱效和分辨率；但柱子過長(zhǎng)也帶來很多不足之處。 GC/MS選擇柱長(zhǎng)一般為30m, 50m為宜，大口徑柱要在30m以上為宜，與GC有較大差別。 （5）從液膜厚度進(jìn)行選擇： GC/MS選擇液膜厚度時(shí)：一般常規(guī)柱內(nèi)徑有0.25mm時(shí)，液膜為0.25m；柱內(nèi)徑為0.32mm時(shí)，液膜為0.50 m，大口徑厚液膜柱液膜為1.0至4.0 m左右，.020 m的液膜除大口徑薄液膜高溫柱外，盡量不選購，因液膜薄，不易覆蓋活性點(diǎn)，易被損壞，產(chǎn)生流失。,（6）從固定相類型選擇：, 聚硅氧烷 聚甲基硅氧烷系列：

13、 聚甲基苯基硅氧烷系列： 聚甲基苯基氰丙基系列： 聚乙醇系列： 環(huán)糊精系列：,三、GC/MS中對(duì)毛細(xì)管柱的老化技術(shù),1、毛細(xì)管柱老化的重要性： 毛細(xì)管柱的老化是用好柱子，保護(hù)好柱子，延長(zhǎng)柱子壽命的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。老化好柱子，使柱子更加成熟，充分發(fā)揮柱子的性能，老化不好柱子，柱子內(nèi)涂層受到損壞，加快流失，失去柱子的性能。柱子的性能下降，50以上的因素不是用壞，而是柱子老化不當(dāng)造成的。,2、毛細(xì)管柱老化的目的,3、老化方法 （1）分段老化法 （2）程升老化法 （3）進(jìn)樣老化法 （4）不通載氣老化法：特殊老化法 4、關(guān)于毛細(xì)管柱吸附性、基線漂移原因，何種狀態(tài)進(jìn)行老化等,四、常用柱型流失和質(zhì)譜儀空白本底的研

14、究,1、研究柱流失和儀器本底的重要性 （1）柱流失和儀器本底影響質(zhì)譜儀的靈敏度 （2）柱流失和儀器本底影響作出合理譜圖 （3）柱流失和儀器本底影響質(zhì)譜解析 2、造成質(zhì)譜儀本底的來源 擴(kuò)散泵油：77，115，141，149，260，354，446 機(jī)械泵油：43，57，69，88，97，109，111，149 氯苯醚：262，296，298 燈絲（錸Re）的氧化物：187，203，219，235，258 硅氧烷墊圈：207，281，355，503 3、毛細(xì)管柱流失本底,五、GC/MS靈敏度的檢測(cè)和維護(hù)的重要性,有機(jī)質(zhì)譜的性能使按有機(jī)化合物的裂分規(guī)律作出的唯一性的質(zhì)譜圖，質(zhì)譜圖是有機(jī)化合物的標(biāo)志。

15、GC/MS的靈敏度使用最小的含量作出質(zhì)譜全圖。靈敏度使有機(jī)質(zhì)譜的靈魂，有機(jī)質(zhì)譜失去了靈敏度，這臺(tái)質(zhì)譜機(jī)失去了生命，就該更新了。 1、什么叫靈敏度： 靈敏度是質(zhì)譜儀對(duì)分析樣品的最小檢測(cè)量。靈敏度的指標(biāo)，與進(jìn)樣系統(tǒng)，離子源、四極桿、倍增器、結(jié)構(gòu)設(shè)置、真空系統(tǒng)都有關(guān)系，因此檢查有機(jī)質(zhì)譜的靈敏度指標(biāo)，也是檢查有機(jī)質(zhì)譜各組織部件的質(zhì)量和優(yōu)劣。 2、用什么指標(biāo)來判斷最小檢測(cè)量的可靠性： （1）在定量方面用信噪比來標(biāo)志 （2）在定性方面用作出比與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相匹配的質(zhì)譜圖來標(biāo)志 （3）信噪比與質(zhì)譜圖二者的關(guān)系： 信噪比與質(zhì)譜圖二者是互相匹配的統(tǒng)一體。前者是定量標(biāo)志，后者是定性標(biāo)志，并用后者檢驗(yàn)信噪比的真?zhèn)涡?，?duì)

16、質(zhì)譜儀的最小檢測(cè)量來說，起試金石的作用，但二者缺一不可。 質(zhì)譜公司有機(jī)質(zhì)譜說明書中只說信噪比，不談作出與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖相匹配的譜圖是片面的。 在有機(jī)質(zhì)譜驗(yàn)收中，只計(jì)算信噪比，不作與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相匹配的質(zhì)譜圖是不正確的驗(yàn)收。,3、如何維護(hù)有機(jī)質(zhì)譜的靈敏度（要點(diǎn)）,（1）對(duì)樣品的性能，濃度進(jìn)行分析，其靈敏度與有機(jī)質(zhì)譜儀的靈敏度是否相匹配，不可盲目進(jìn)樣 （2）經(jīng)常清洗進(jìn)樣系統(tǒng)，防止碳化積累污染，使靈敏度很難恢復(fù)。因此學(xué)會(huì)清洗有機(jī)質(zhì)譜是質(zhì)譜科技人員的基本功 （3）經(jīng)常檢查靈敏度的變化，并及時(shí)更換倍增器。一般電子倍增器，兩年換一次，光電倍增器6年左右換一次。并建立起快速檢測(cè)靈敏度的方法。,六、參數(shù)設(shè)置與作出合理

17、性譜圖的關(guān)系,1、FC-43校正質(zhì)譜圖與樣品質(zhì)譜圖匹配率的關(guān)系 2、儀器的靈敏度與作質(zhì)譜圖的關(guān)系 3、調(diào)零點(diǎn)與質(zhì)譜圖中同位素比的關(guān)系 4、掃描范圍設(shè)置與質(zhì)譜圖的關(guān)系 5、溫度設(shè)置與質(zhì)譜圖的關(guān)系 6、儀器本底、柱流失與質(zhì)譜圖的關(guān)系 7、不同有機(jī)質(zhì)譜技術(shù)作出同一質(zhì)譜圖的差異,七、數(shù)據(jù)處理與庫檢索中合理性譜圖的關(guān)系,1、什么是標(biāo)準(zhǔn)譜圖： （1）EI源全譜，電子能量70eV （2）純樣品或GC/MS分離成單一的峰 （3）樣品濃度適量，質(zhì)譜圖豐度成比例 2、與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相比較的五個(gè)基本因素： （1）辨別有無分子離子峰 （2）對(duì)比基峰 （3）對(duì)比強(qiáng)度較大的裂分碎片，對(duì)比特征官能團(tuán) （4）對(duì)比同位素峰 （5）

18、對(duì)比保留時(shí)間：對(duì)異構(gòu)體或在不同溫度下分離出的有機(jī)物具有相同的譜圖，要用保留實(shí)價(jià)進(jìn)行辨別,3、庫檢索的譜圖對(duì)純度的要求,（1）一般情況下，庫檢索的純度在8090以上可信度高 （2）被分析的化合物含量低，但化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，主要裂分碎片及分子離子峰強(qiáng)度大，庫檢索純度低，甚至純度在5060左右，也可確認(rèn)。 如圖 芘 m/z=202； 保留時(shí)間合理,202,4、庫檢索所作譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相匹配，可否定性，應(yīng)辨別分析：,（1）該化合物在GC/MS分離中揮發(fā)點(diǎn)是否正確（查化學(xué)手冊(cè)）對(duì)比后方可確認(rèn) （2）GC/MS分離時(shí)低揮發(fā)點(diǎn)的化合物與高揮發(fā)點(diǎn)化合物是同一庫檢索圖，肯定不是同一化合物?？赡苁歉邷貢r(shí)一熱解產(chǎn)物與

19、低揮發(fā)點(diǎn)化合物有相同的譜圖，這在高碳脂肪烴分析中經(jīng)常發(fā)生 （3）保留時(shí)間相近的幾個(gè)譜圖是同一庫檢索圖，很可能是異構(gòu)體，可用保留時(shí)間區(qū)別，或用雙柱定性鑒別 5、同位素處理比例與庫檢索的關(guān)系 （1）進(jìn)樣量大，同位素峰比例失調(diào)，庫檢索比例不正確 （2）在TIC峰上作質(zhì)譜圖，選擇豐度位置不合適，同位素比例不正確 （3）有時(shí)同位素比例強(qiáng)度大，有M+1疊加，強(qiáng)度增大 6、庫檢索中基峰的變化與辨別： （1）一個(gè)質(zhì)譜圖只有一個(gè)基峰，如有多個(gè)基峰出現(xiàn)或進(jìn)樣超量，比例失調(diào)，或有雜峰疊加 （2）局部放大質(zhì)譜圖，要與原圖同時(shí)提供，以示區(qū)別,7、混和譜圖的處理與庫檢索,（1）如有兩種化合物在TIC圖中很難分離，處理的是譜圖使混和譜圖，檢索時(shí)知其中一個(gè)化合物，可用減差法，對(duì)余下的質(zhì)譜圖再進(jìn)行庫檢索，得到更多信息 （2）如質(zhì)譜圖中有一強(qiáng)度大的裂分碎片與標(biāo)準(zhǔn)譜圖不相同，不可輕率刪去： 其一：用質(zhì)量色譜圖檢查是否雜質(zhì)碎片 其二：有沒有M+1疊加 其三：譜庫有沒有錯(cuò)誤，譜庫有時(shí)有錯(cuò)誤 其四：可能是不同的化合物 8、同一化合物在庫檢索中提供多張相似質(zhì)譜圖，要進(jìn)行辨別選擇： （1）此情況不一定是純度高的被確認(rèn)。 （2）分析產(chǎn)物中可能有哪類化合物，可能沒有哪類化合物。 （3）不僅對(duì)比質(zhì)量數(shù)高，強(qiáng)度大的裂分碎片，更重視質(zhì)量數(shù)低，強(qiáng)度小的有特征性官能團(tuán)的裂分碎片的分析對(duì)比，以確認(rèn)化合物的結(jié)構(gòu)特