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GCMSGCMS基础知识基础知识GCMS的基本流路图GC接口MS数据处理真空系统气相色谱仪的流动相-载气l高纯氦气（纯度99.999%以上）MSMS流程图流程图样品进样系统离子源真空系统质量分析器检测器数据处理GC进样 直接进样为什麽为什麽MSMS需要高真空需要高真空v提供足够的平均自由程v提供无碰撞的离子轨道v减少离子-分子反应v减少背景干扰v延长灯丝寿命v消除放电v增加灵敏度真空系统确保离子由离子源转移至检测器+ionair,water etc.高真空低真空为什麽为什麽MSMS需要高真空需要高真空 压力 10-3-10-4 Pa(平均自由路径 5m-50m)排气系统Ion sourceLens systemRod systemDetector主泵副泵真空泵(主泵)涡轮分子泵（Turbo molecular pump）旋转叶片使气体分子向下移动并 由 出口排出干净真空启动和关机时间短价格昂贵 单泵排气系统和差动排气系统 l差动排气系统更有利于高流量分析单泵排气系统差动排气系统高真空lInterface:GC 和 MS的连接部件接口色谱柱MS高真空使用石墨垫圈 密封（85%Vespel+15%石墨）加热块接口MS MS 的分类的分类v磁质谱v四极杆质谱v飞行时间质谱(TOF)v离子肼质谱四极杆质量分析器m1+m2+m3+m1+m1/z=kV1m2/z=kV2m3/z=KV3m2+m3+11m/zVm：mass numberz：charge(=1 in GCMS)k：constant V:voltage applied to QP四极杆质量分析器QP/MSQP/MS的结构的结构 离子源透镜四极杆检测器气质联用使用的电离技术 电子轰击电离（EI）正化学电离（PCI）负化学电离（NCI）电子轰击电离（电子轰击电离（EIEI）e-e-e-e-e-样品分子灯丝+碎片离子QP电子轰击电离（EI）l热电子（70eV）轰击分子，使其电离l丰富的碎片离子=丰富的结构信息 “指纹”俵e-M m1m3m2EI spectrum硬酯酸甲酯 M.W.298反应气灯丝e-e-e-e-e-QPCH4 CH5+C2H5+样品分子H+-CH4M+1-C2H4正化学电离（正化学电离（PCIPCI）正化学电离（PCI）l首先电离反应气分子样品分子主要 由质子转移电离l容易产生准分子离子用于确定分子量 +CH4e M C2H5MH+C2H4PCI spectrum硬酯酸甲酯 M.W.298 EIEIEI和和和 PCI PCI PCI的比较的比较的比较EI 模式PCI 模式碎片 分子量负化学电离负化学电离(NCI)NCI)灯丝e-e-e-e-反应气样品 样品捕获电子形成负离子 lMX+e(015eV)-MX X:电负性强元素CH4e MX CH4+CH3+HCH4CH4CH4e MX _ 负化学电离(NCI)lNCI 质谱图六氯苯 M.W.284负化学电离(NCI)NCI NCI 的优点的优点适合分析电负性强的元素适合分析电负性强的元素 l高灵敏度 与 GC-ECD灵敏度相当l高选择性EIPCINCIMarthone(MW 330)EIPCINCI 的比较 NCI-GC/MS 和 GC-ECD定量结果的比较重量 5g萃取(丙酮/水=5/2)蒸发(除去丙酮)加盐正己烷萃取蒸发色谱柱蒸发并定容 (5mL)按 JP方法进行前处理KOUJIN中有机氯农药的定量结果（ppm）面积的重现性 离子源结构离子源结构v电离室v透镜电离室v永久磁铁v灯丝v靶v电子聚焦离子化过程：样品分子与电子相互作用，电子把能量给予样品。如果这个能量足够大，则化合物被活化，失去一个电子，产生一个正离子，我们称之为分子离子。电子的能量通常为70ev。如果样品分子离子含有剩余的能量，会导致离子进一步断裂，形成碎片，剩余的能量越多，生成的碎片越多。形成的中性碎片被真空泵抽走，负离子撞击到离子源的其他部件上。透镜透镜v排斥极：使带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动。排斥极位于离子化室出口对面；它的极性与离子相同。排斥极帮助离子穿过透镜。v拉出极：帮助带正电荷的离子碎片向质量分析器方向运动。拉出极的电压比排斥极负，吸引正电子向质量分析器方向运动。拉出极是一个中心带有小孔的圆片。v离子聚焦：如果没有其他部件，离子穿过拉出极后会发生散射，离子聚焦部件可以帮助离子成束状进入质量分析器。离子聚焦带负电，形成一个电场，即使离子聚成束，又防止聚焦部件捕获电子。v入口透镜：位置紧挨四极杆，作用是使离子加速，并且抑制四极杆的边缘效应，防止离子外溢。离子检测器电子倍增器：从质量分析器出来的离子轰击电子倍增管的阴极表面，使其发射出二次电子，再由二次电子依次轰击一系列电极，使二次电子获得不断倍增，最后由阳极接受电流，使离子束信号得到放大。MSMS调谐调谐v灵敏度调节v分辨率调节v质量数修正v相对强度修正MS MS MS 调谐标样调谐标样调谐标样PFTBA(全氟三丁胺)稳定可挥发碎片涵盖质量范围宽仅有C-13和N-15同位素无质量缺陷PFTBAPFTBAPFTBA relative m/z intensity 69 100.0131 26.0219 32.0414 2.0502 2.0614 0.2CF3-CF2-CF2-CF2-N-C4F9 C4F9MSMS自动调谐流程自动调谐流程v寻找质量峰v粗调EM电压和峰宽v调节离子源部件使502达到最佳v调节EM和峰宽达到最佳v质量轴校正GC-MSGC-MS常用术语常用术语基峰：179分子离子：304质荷比（m/z)质谱图（棒图）GC-MSGC-MS常用术语常用术语总离子流图（TIC)TIC和MC（质量色谱图）GC-MSGC-MS常用术语常用术语总离子流图（TIC)数据采集模式数据采集模式vScan（扫描）vSIM(选择离子)mass numbermass numberTimeTimeScanSIM(定性定性)(定量定量)Scan Scan 模式（定性）模式（定性）m/zRetention timeTIC:Scan 7254152MS 质谱图SIM SIM 模式（定量）模式（定量）Retention timem/z=72 m/z=152 m/z=54灵敏度高于 Scan模式SIM(选择离子模式）lSIM主要用于定量分析l只有特定质量数的离子被检测l根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。l灵敏度取决于所选择的检测离子。TimeVm/z0.2secV112VVVSIM数据采集模式SIM SIM 模式（定量）模式（定量）SIM的优点：l提高灵敏度l改善峰形l改善精确度应用l痕量分析l复杂基质l常规定量 原子质量和质量数l以12C 质量12为单位来表示原子质量l质量数:整数表示example mass mass number1H 1.00782522 12H 2.01410222 212C 12.00000000 1213C 13.00335508 1314N 14.00307440 1416O 15.99491502 1618O 17.99915996 18示例:水的质量数(H2O)1x2+16=18更精确的分子量1.00782522x2+15.99491502=18.01056546 分析方法 计算方法方法的建立分析方法（仪器参数）l分析参数选择分析系统:进样方式、色谱柱等GC参数:载气流量、分流比、温度条件等MS参数:扫描模式：SCAN,SIM 离子源：EI,PCI,NCI 检测器电压等进样口、色谱柱、检测器的温度设定l进样口温度考虑样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。l色谱柱温度考虑样品中各组分的沸点，及希望的分析周期，宽沸程样品应使用程序升温。l检测器温度防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-30。DET.TINJ.TCOL.T+20恒温分析和升温分析的比较恒温分析升温分析沸程窄时采用恒温分析恒温分析时，保留时间和碳 数程指数关系C8C9C10C11C8C9C10 C11沸程宽时采用升温分析升温分析时，碳数和保留时 间程比例关系基线调整困难，应确认空白是否有鬼峰出现。计算方法（数据处理参数）峰处理参数（WIDTH,SLOPE,DRIFT,T.DBL等）定量参数定量方法：内标法、外标法、面积归一法等工作曲线的制作 曲线点数：一点、两点及多点 曲线计算：线性回归、折线、二次曲线、三次曲线定性参数：保留时间、时间窗、时间带峰处理参数去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4控制数据采集速度，WIDTH/10采一次数据控制S.TEST时间，斜率测试时间为 10WIDTHWIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒推荐值：填充柱 5 毛细柱 23l判断峰起点l滤除低平噪声（如蛇行等）lSLOPE的确定：一般通过S.TEST进行，测定时间为 10倍WIDTH的时间。l特殊情况，可根据实际需要改变该值。SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：峰处理参数SLOPE值的手动设定 单位：uv/minSLOPESLOPESLOPESLOPE峰斜率，作为噪声滤除SLOPE峰斜率，积分不稳定，须手动设定峰处理参数DRIFT：判断相邻峰的积分方式注：1）设定值为0时，积分仪将自动判断 2）如DRIFT与基线至峰谷连线较接近时，积分 可能不稳定，导致面积值变化较大，需加 以注意。DRIFT值的设定DRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTDRIFTT.DBL2 x T.DBL4 x T.DBLWIDTHSLOPE2WIDTHSLOPE/24WIDTHSLOPE/48WIDTHSLOPE/8峰处理参数设定值为0时，自动判断；不使用时可设为1000T.DBL设定为某值时，SLOPE和WIDTH按下图改变 T.DBL：峰展宽一倍所需要的时间定性参数保留时间允许误差：l时间窗(WINDOW)，相对允差 设定简单，但所测组分保留时间跨度大时，不易设定l时间带(BAND)，绝对允差 设定较繁，需逐个组分设定绝对保留值、相对保留值、多参考保留值定量参数校正级别（曲线计算方法）校正级别（曲线计算方法）l单点校正（单点校正（liner)liner)l两点校正（两点校正（liner)liner)l多点校正多点校正l线性回归l点到点连线（折线）l二次曲线l三次曲线单点校正l对每一组分仅做一个浓度的标样l标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度l单点校正曲线通过原点多点校正l对每一组分至少作三个不同浓度水平的校正l标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度l多级校正有几种方式 1.响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线 2.组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回归校正定量方法面积归一化法校正面积归一化法外标法内标法定量方法（一）l面积百分率法（面积归一）各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。l校正面积百分率法（校正面积归一）用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。这两种方法应用的必须条件是：1.样品中所有组分都出峰；2.所有峰面积计算必须准确。面积归一化法公式：优点：1）无需做校正，简便，快速2）进样量不严格要求缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分的检测灵敏度都相同校正面积归一化法公式：式中：Fi为校正因子，Fi浓度（含量）/面积用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。优点：进样量要求不严格缺点：1）所有组分都流出且被检测到2）所有组分都需作校正3.外标法该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。4.内标法在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。定量方法（二）外标法公式：优点：1）不需所有峰都流出或被检测到2）只对所测组分作校正缺点：1）进样量必须准确2）仪器必须有良好的稳定性内标法公式：优点：1）进样量不严格要求2）只对所测组分作校正缺点：1）必须在样品中加一内标组分2）操作较为繁琐3）选择内标物困难内标物的选择l内标物的峰与试样中的所有成分的峰完全分离。l内标物的峰与目标成分的峰保留时间不应差太远。l内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。