气相色谱-质谱原理.ppt

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Click to edit Master title style,气相色谱,-质谱联用仪原理,色质联用技术,色谱良好的分离能力与质谱丰富的定性功能有机结合。,色谱通常利用保留时间定性，缺乏足够的信息；,质谱是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，提供化合物结构指纹和分子量信息，确保定性鉴别准确；,随着电离技术、质量分析技术、联用技术及二维分析方法的发展，质谱是最广泛应用的分析手段。,质谱联用技术的用途,事故分析：为不明原因的判断提供依据；,确认检测的需要：农残、兽残、,2,-,受体激动剂残留等假阳性样品的确认；,痕量有毒有害化合物监测的需要：二恶英、持久性有机污染物、内分泌干扰物等；,复杂基质中化合物分析的需要：食品、生物材料等；,多残留检测的技术需要：共流出物的分析；,仲裁方法；,贸易纠纷的公正检测；,农药残留监测,开展农药残留监测的两个基本条件：一是必须有农药残留检测方法标准，二是必须有农药残留判别标准即农药残留限量标准。,我国农药残留检测存在以下不足：1）覆盖面窄，已制定的38项农药残留检测方法国家标准（单残留检测方法26个，单类农药多残留检测方法9个，2类农药多残留检测方法2个，3类农药多残留检测方法1个），总共涵盖农药种类为72种；2）检测方法标准没有随着检测技术的发展而及时更新；3）与限量标准不相配套；4）无,技术储备,。,农药残留监测,发达国家采用先进的检测技术加强农药残留监测，如气相色谱与质谱联用、液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱联用等。这些技术的应用，大大提高了农药残留检测的定性能力和检测的灵敏度、检测限和检测覆盖范围。,欧盟2000/24/,EC,和2000/42/,EC,规定了更为严格的残留限量规定；,欧盟对输欧中国茶叶至少要检验下列25种农药（包括异构体）的残留量，如乙酰甲胺磷，乐果，甲胺磷，三唑磷，氯氟氰菊醒，氟氯氰菊酯，甲氰菊酯，联苯菊酯，氰戊菊酯，氯菊酯，氟胺氰菊酯，氯氰菊酯，六六六，滴滴涕，三氯杀螨醇，三氯杀螨砜，六氯苯，硫丹，噻嗪酮。,农药残留监测,2002年日本卫生署对218种农药制订出了9,000多个最高残留限量。其中对蔬菜类农产品制定的残留限量最为齐全，制订了3,728个最高残留限量，分别对十字花科、薯类、葫芦科、菊科、蘑菇类、伞形科、茄科、百合科、单列蔬菜品种等蔬菜类别制定了最高残留限量，如对大白菜制定了77种农药的,MRL，,对蘑菇类农产品制定了141个农药最高残留限量。对大米制订了122种农药的最高残留限量。,兽药残留分析,质谱法已成为兽药残留分析常用的定量及确证方法。,为了确保兽药残留分析的可靠性，欧盟在兽药残留鉴定中提出具有最大残留限量的残留鉴定分值（,identification point，IP）,需要3分，而禁用兽药需要4分。低分辨单级质谱每个离子仅1分，高分辨质谱为2分，而串联质谱的母离子为1分、子离子为1.5分。,GC-MS,与,GC,比较,1、GC-MS,定性参数增加：除保留时间外，,GC-MS,还提供质谱图，由质谱图、分子离子峰得到的分子量、碎片峰强度、同位素离子峰比，选择离子的子离子质谱图使定性可靠；,2、MS,为,GC,的通用性检测器，可检测多类不同的化合物，而不受基质的干扰；,3、采用选择离子检测技术或串联质谱技术，可以降低化学噪音的影响;,4、同位素稀释技术或内标化合物的应用，,MS,定量分析的灵敏度极大改善；,什么是理想的质谱计,?,样品进入,?,黑匣子,保留时间,分子量,分子结构信息,给出答案,真空系统,进样系统,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,质谱的组成,大气,质谱仪主要由分析系统、电学系统和真空系统组成。,真空系统,真空系统是,MS,分析的基础；,离子源,、,质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作；,减少本底干扰，避免离子-分子反应。,机械泵,分子涡轮泵,油 扩散泵,离子泵,升华泵,真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱的组成,-,1,进样系统,色质联用仪的进样系统由色谱仪和接口组分；,接口是色谱联用的关键装置。1、不影响色谱柱的分离柱效，不破坏离子源的高真空；2、除去流动相，使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源；3、不改变色谱分离后各组分的组成和结构。,气体,例如：气相色谱仪,(,GC/MS),液体,例如：液相色谱仪,(,LC/MS),固体,固体进样杆(,Probe),真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱的组成,-,2,离子源,是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使生成的离子会聚成为一定几何形状和一定能量的离子束，进入质量分析器被分离。,离子源的结构和性能与质谱的灵敏度和分辨率有关,样品分子电离的难易与其分子组成和结构有关，为使稳定性不同的样品分子在电离时获得分子离子信息，需要不同的电离方法。,通常的离子源,电子轰击离子源,EI,化学电离源,CI,正化学电离源,PCI,负化学电离源,NCI,电喷雾离子源,ESI,大气压化学电离源,APCI,热喷雾电离源,TSI,快原子轰击电离源,FAB,LC/MS,GC/MS,EI,离子化,e,m3,m2,M,+,EI,为应用最多、最广泛，质谱图特征性强。,硬脂酸甲酯,EI,CI,EI/CI,50,100,150,200,250,300,350,0,100,%,0,100,%,0,100,%,284,282,142,107,71,249,214,177,253,288,284,282,142,107,71,249,214,179,253,288,284,282,249,142,107,71,214,177,253,288,2,pg,六氯苯,60,ng,六氯苯,200,pg,六氯苯,EI,谱图,在,TRACE MS EI/70,获得的结果,PCI,离子化,CH4,e,C2H5,+,MH,+,C2H4,(,M+H),+,硬脂酸甲酯,准分子离子为最强峰,CI,谱图,50,100,150,200,250,300,350,m/z,0,100,%,0,100,%,0,100,%,200,183,201,217,Scan CI+,183,105,184,211,223,Scan CI+,105,77,51,76,78,182,106,181,152,183,Scan EI+,苯甲酮,EI,苯甲酮,甲烷,CI+,苯甲酮,氨,CI+,EI,和,PCI,的比较 使用甲烷和氨气,NCI,离子化,CH4,e,CH4,+,CH3,+,H,CH4,CH4,CH4,e,CH4,e,CH4,+,CH3,+,H,CH4,CH4,CH4,e,Hexachlorobenzene,Parathion,CI,是利用反应气体的离子与样品分子发生的分子-离子反应，分子离子峰特征性强。,EI/NCI,质谱图,EI,和,CI,的质谱图,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,m/z,0,100,%,510,511,512,50,100,150,200,250,300,350,400,450,500,550,m/z,0,100,%,241,213,510,242,EI,O,O,O,C,F,3,C,F,3,C,H,3,NCI,一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：,M+H,+,和,M,_,一次进样，交替产生六氯苯的正负化学电离扫描：,M+H,+,和,M,_,分子量,非极性,极性,EI/CI,ESI,APCI,100,000,1000,哪种离子化方式?,离子化和碎片,离子化,硬,软,无碎片,有碎片,API,EI,CI,真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱的组成,-,3,质谱仪的核心，是利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置、时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离,，得到质谱图。,质量分析器,四极杆,80%,的台式质谱仪(3000/年,),HP,PE,TMQ,Shimadzu,离子阱,20%,的台式质谱仪,(700/,年,),Varian,TMQ,飞行时间(,ToF),目前用户较少(50-60/年),Leco,Micromass,TMQ,扇形磁场,通常不是台式仪器,扇形磁场质量分析器,+,+,+,离子束通过变化的磁场和电场，其运动的曲率半径与离子的质荷比和加速电压有关，得到空间位置的分离。,四极质量分析器,+,+,+,+,离子通过改变四极杆的,DC/RF,电压而被扫描,离子阱,原理与四极杆的非常相似,离子被存储在,RF,和,DC,场中,扫描场逐出精确,m/z,的离子,飞行时间质量分析器,+,+,+,+,所有离子同时启动,小的离子移动速度快,测量已知距离下的速度,(,飞行时间),离子源/质量分离器类型之一：外离子源/四极杆,离子化效率1%0.1%,离子传输效率1%10%,离子源/质量分离器类型之二：外离子源/四极离子阱,离子传输效率1%10%,内离子源/四极离子阱,顶端,底端,环电极,色谱柱进口,灯丝,电子倍增器,o,离子阱组,件,AGC gate,upper end cap electrode,ring electrode,lower end cap electrode,electron beam,M,-,P,+,P,+,-,F,-,D,+,ion beam,真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱的组成,-,4,检测器类型,电子倍增器,多通道板检测器,光电倍增管,阵列检测器,真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱的组成,-,5,数据系统,快速准确地采集和处理数据，监控仪器的工作状态，实现全自动操作。,GC/MS,组成,Gas supply(Helium),Vacuum System,Ion Source,Analyser,Detector,Mass Spectrometer,GC,Analyst,Instrument control,Data acquisition,Data processing,Data storage,Interface,Sample injected into GC,Compound is ionised,Ions are analysed,GC-MS,考察指标,质量分析器,质量范围,离子源,检测系统,真空系统,控制系统,灵敏度,（,EI,、,CI+、CI-,）,分离相邻峰的能力,分子离子,M+H,+,M,.+,M-H,-,分辨率,FWHM,10%,峰谷,m/,M,M+H,+,m/z,intensity,质谱分辨率,灵敏度,?,四极杆质谱仪在全扫描模式下能分析到低于,pg,级的水平,四极杆仪器最终的灵敏度在选择离子,(SIM),模式下能分析到低至,fg,级的水平,什么是,SIM,模式?,不采集全质谱图，仅采集样品中特征离子,分子离子,特征碎片,提高置信度,(,离子的比率,),仪器用更多的时间采集有用的数据使得灵敏度显著地改善,采样频率快于全扫描，所以定量精度得到改善,更少的样品更好的信噪比,全扫描和,SIM,8.300,8.400,8.500,8.600,8.700,8.800,8.900,9.000,9.100,time,0,100,%,0,100,%,2,pg,六氯苯，全扫描,选择离子,m/z 283.8,100,fg,六氯苯,SIM of m/z 283.8,什么是选择离子监测,-SIM?,代替全质谱范围的扫描，质谱仪允许仅在数个质量数范围扫描,正如我们集中在数个质量数范围扫描，我们能够采集更长的时间,与全扫描相比，,SIM,灵敏度可提高,10,到,100,倍,这是四极杆质谱仪的特点,数据观察-选项,总离子流色谱图,观察所有色谱和可见峰的最好方法,选择离子色谱图,观察某一化合物的最好方法,消除背景的影响,增加信噪比,分离共流出物峰,SIM-,缺点,没有质谱图,-,不能用于未知物分析,你必须知道哪个离子需要采集,方法设置需要更多的时间,SIM,仅对目标化合物有用途,质量色谱图和,TIC,TIC,Mass 240,1.40,1.60,1.80,2.00,2.20,2.40,2.60,2.80,3.00,Time,0,100,%,0,100,%,240.27,1.41,e5,TIC,4.67,e5,TIC,图上显示的两个接近的流出峰，但每个峰是具有不同质谱指纹的不同化合物,.,数据观察-选择离子色谱图,11.00,12.00,Time,0,100,%,TIC,1.57,e5,数据观察-选择离子色谱图,100,200,300,400,500,600,m/z,0,100,%,254.2,194.2,507.3,334.3,399.7,100,200,300,400,500,600,m/z,0,100,%,194.2,580.4,402.2,226.2,460.2,11.00,12.00,Time,0,100,%,TIC,1.57,e5,选择离子色谱图,提取出离子给出更好的信噪比,消除背景影响,分离共流出物峰,提取出离子也能用于,:,峰的跟踪,准确定量,分离共流出物峰,10.50,11.00,11.50,12.00,12.50,Time,0,100,%,0,100,%,0,100,%,254.23,5.81,e4,194.20,6.14,e4,TIC,1.57,e5,质量254,质量 194,TIC,MS,n,50,100,150,200,250,300,350,m/z,0,100,%,284,282,142,107,71,249,214,177,253,288,50,100,150,200,250,m/z,0,100,%,50,100,150,200,250,m/z,0,100,%,50,100,150,200,250,m/z,0,100,%,碎片,的碎片,的碎片,.,质谱解析,分子离子：样品分子在电离过程中失去一个电子而形成的单电荷离子；,碎片离子：碎片离子是解析质谱图，推断物质分子结构的重要信息；,多电荷离子：带,2个或更多电荷离子；,同位素离子：利用同位素离子强度比可以判断化合物是否含有氯、溴、硫等原子及数量；,扫描,50,到300,amu,流入质谱仪的化合物,质谱图.,60,80,100,120,140,160,180,200,220,240,260,280,300,0,100,%,240,241,质谱定性分析一般程序,1、对质谱图进行分析，确认基峰、分子离子峰、同位素峰强度比；,2、计算机检索，确定重要的匹配化合物；,3、应用质谱知识解释裂解过程，说明重要碎片峰的形成；,4、谱图中如果没有分子离子峰，采用其它软电离技术进行分子离子峰确认，并推断合理的中性丢失；,5、推断可能的分子式和结构式；,6、了解样品的有关信息，并辅助其它手段，如:,UV、IR、NMR、EA，,进行结构分析。,谱库检索注意点,1、质谱库中的标准质谱图是在电子轰击源中，用70,eV,电子束轰击得到；,2、质谱库中的标准质谱图是由纯化合物得到的，样品,3、扣除本底干扰对检索结果的判断极为重要；,4、当总离子流的峰很强时，往往使质谱图发生畸变，不到正确的检索结果；,5、检索后得到的匹配度最高化合物不一定是目标化合物，需要根据质谱图中的基峰、分子离子峰及已知的信息判定。,质谱仪的概要,质谱仪能给我们,.,分子量信息,A,指纹,帮助鉴定化合物,消除背景的影响,分离共流出物峰,通用性检测器,质谱的优点,灵敏,特征,动态范围,方法的灵活性,应用的多样性,对其它检测的补充,Daughter Ions,农药分析-,OP,Daughter Ions,农药分析-,OP,