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岛津国际贸易（上海）有限公司岛津国际贸易（上海）有限公司分析中心分析中心岛津GCMS基础知识2Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedGCMS是什么?GCMS:气相色谱/质谱联用仪GC:气相色谱（Gas chromatograph）MS:质 谱 （Mass spectrometer）MSGC3Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedGCMS流路 样品样品信号处理器信号处理器进样系统进样系统离子源离子源真空系统真空系统质量分析器质量分析器检测器检测器GC/DI4Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited目的目的：分离样品组分：分离样品组分GC组成组成进样口(样品气化)色谱柱(分离分离)检测器(FID,MS,)载气样品5Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited载气载气氦气：高纯，氦气：高纯，99.999%6Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedGC进样口进样口v分流分流/不分流进样口（不分流进样口（SPLSPL）v填充柱进样口（填充柱进样口（WBIWBI）v冷柱头进样口冷柱头进样口（OCIOCI）v程序升温进样口（程序升温进样口（PTVPTV）7Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited分流分流/不分流进样口结构不分流进样口结构F1F2分流进样分流进样9Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited什么是分流进样什么是分流进样?46mL/min0.25mmI.D.x30m,df=0.25um1mL/min50mL/min47mL/minCarrier GasP分流分流3mL/min隔垫吹扫隔垫吹扫v分流比分流比分流流量和色谱柱流量之比分流流量和色谱柱流量之比当柱流量为当柱流量为 1 1mLmL/min/min、分流流量分流流量为为 46 46mLmL/min/min-分流比分流比46:146:110Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedv防止色谱柱过载防止色谱柱过载为什么要分流进样为什么要分流进样?v 加快进样时间，减小色谱峰展宽加快进样时间，减小色谱峰展宽11Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited前沿峰前沿峰柱内径、膜厚和样品量柱内径、膜厚和样品量12Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitede.g SPL-2010(Split)25mm石英棉石英棉10-15mm(10mg)34mm分流进样注意点分流进样注意点_石英棉的装填石英棉的装填v避免分流歧视，提高重现性避免分流歧视，提高重现性13Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited不适合微量组分的分析（不适合微量组分的分析（ppm以下）以下）考虑到样品进样时间，柱流量分流流量最好大于考虑到样品进样时间，柱流量分流流量最好大于30mL/min 使用分流进样用玻璃衬管使用分流进样用玻璃衬管正确装填石英棉正确装填石英棉分流进样小结分流进样小结不分流进样不分流进样15Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited什么是不分流进样？什么是不分流进样？0.25mmI.D.x 30m,df=0.25um1mL/min50mL/min47mL/min载气载气 46mL/min分流分流初始柱温：溶剂沸点初始柱温：溶剂沸点-10度度待机状态和进待机状态和进样后样后1min内内1mL/min0mL/min分流流路关闭后总分流流路关闭后总流量变为流量变为4mL/min3mL/min（进样时间设为（进样时间设为1min时）时）16Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited0.25mmI.D.x30m,df=0.25um1mL/min 进样时的进样时的4mL/min 1mL/minCarrier GasP0mL/minSplit 50mL/min47mL/min46mL/min什么是不分流进样？什么是不分流进样？进样进样1min后后打开分流流路打开分流流路3mL/min17Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited分流流路分流流路1 1minmin后打开电磁阀的作用后打开电磁阀的作用n-C11n-C13n-C15n-C17n-C18n-C11n-C13n-C15n-C17n-C18进样后进样后1min打开电磁阀打开电磁阀未打开电磁阀未打开电磁阀18Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited进样后进样后1 1分钟内色谱峰展宽的影响分钟内色谱峰展宽的影响0.25mmI.D.x 30m,df=0.25um1mL/min4mL/min载气载气 分流分流初始柱温：溶剂沸点初始柱温：溶剂沸点-10度度1mL/min0mL/min3mL/min隔垫吹扫隔垫吹扫如何减小色谱峰展宽：如何减小色谱峰展宽：1 1）溶剂效应）溶剂效应2 2）高压进样）高压进样19Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited溶剂效应溶剂效应溶剂在柱头重新冷凝溶剂在柱头重新冷凝进样口进样口初始柱温：溶剂沸点初始柱温：溶剂沸点-10度度20Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited0.25mmI.D.x 30m,df=0.25um1mL/min9mL/min载气载气分流分流初始柱温：溶剂沸点初始柱温：溶剂沸点-10度度6mL/min0mL/min3mL/min隔垫吹扫隔垫吹扫高压进样高压进样待机状态和进待机状态和进样后样后1min内内（高压时间设为高压时间设为1min时时）1mL/min6mL/min100Kpa250Kpa 进样进样1min后，柱压回到后，柱压回到100Kpa，柱流量恢复为柱流量恢复为1mL/min21Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited主要用于分析微量组分（数十 ppm 或更低）使用不分流进样衬管或去活性不分流进样衬管衬管中可装填少量石英棉以提高重现性。如样品有强吸附性，最好不加石英棉。必须使用程序升温方式，初始温度低于溶剂沸点1020度可以使用高压进样方式不适合气体样品和低沸点溶剂类样品的分析不适合分析在溶剂峰之前出峰的组分不分流进样小结不分流进样小结22Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedWBI进样口进样口用于：宽孔径毛细管柱填充柱23Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited 载气载气 毛细柱毛细柱隔垫吹扫出口隔垫吹扫出口分流出口分流出口1.Column Sleeve/Guide(OCI-mode)2.玻璃衬管玻璃衬管（Glass Insert)(PTV-mode)OCI/PTV进样口进样口24Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited毛细管柱主要类型毛细管柱主要类型Porous Layer Open TubularWall Coated Open TubularPacked Capillary多孔层开口柱多孔层开口柱管壁涂渍开口柱管壁涂渍开口柱25Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited毛细管柱管材毛细管柱管材z熔融石英 合成高纯石英y外表面涂覆聚酰亚胺y内表面经化学处理z不锈钢y用于高温分析y最不易断裂y内表面经特殊处理26Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定相固定相z大多数固定相为聚合物zWCOT 毛细管柱:y聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes,silicones）y聚乙二醇（Polyethylene glycols,PEG）27Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定相固定相聚甲基硅氧烷聚甲基硅氧烷siloxanebackbone28Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定相固定相“ms”or low bleed versionz苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链DB-5msRtx-5msBPX-5e.g.v温度稳定性更好温度稳定性更好29Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定液流失固定液流失021868101214164202224100 C270 C300 C300 C for 12 minBleed30Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定相固定相聚乙二醇聚乙二醇z“WAX”or“FFAP”类固定液ye.g.DB-WAX,DB-FFAPz温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液31Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited常用固定相常用固定相Phase compositionJ&WSGERestek100%dimethyl polysiloxaneDB-1BP-1Rtx-195%dimethyl-5%diphenyl polysiloxaneDB-5BP-5Rtx-5Polyethylene glycol(PEG)DB-WaxBP-20Stabilwax50%dimethyl-50%diphenyl polysiloxaneDB-17BP-17Rtx-5032Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited固定相选择固定相选择v选择与目标化合物极性相近的固定相选择与目标化合物极性相近的固定相v-峰形和分离变好.分析非极性化合物非极性柱(e.g.Rtx-1)分析极性化合物极性柱(e.g.StabilWAX）v按照分析目的选择固定相按照分析目的选择固定相.当组分沸点差异大时：-非极性柱(e.g.Rtx-1)当组分沸点差异不大时，如异构体：-极性柱(e.g.StabilWAX）33Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedv按所需分离状况选择按所需分离状况选择需要高分离时：-内径:细、长度:长柱分离已足够，要缩短分析时间时：-内径:粗、长度:短、膜厚：薄柱v按分析目的选择按分析目的选择分析低沸点化合物时：-长度:长、膜厚：厚 柱分析高沸点化合物时：-长度:短、膜厚:薄 柱柱内径、长度、膜厚选择柱内径、长度、膜厚选择 34Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited毛细管柱流量设定毛细管柱流量设定内径载气流入载气流入 MS大流量 真空度差柱内径柱内径 流量流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.53mm 10-15ml/min GCMS-QP2010 Plus:允许最大流量：15mL/min(EI方式）35Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited载气控制方式载气控制方式恒流控制恒流控制（使用填充柱和宽口径毛细管柱时)不管色谱柱阻力如何变化，载气流速始终恒定。(柱温上升时柱头压力自动调整)恒压控制恒压控制(通常用于毛细管柱)载气柱头压力始终恒定。(柱温变化时柱内流速同时改变)恒线速度方式恒线速度方式（用于毛细管柱，用于毛细管柱，GC-2010/2014GC-2010/2014具有此功能具有此功能）柱内平均线速度维持不变.(色谱柱阻力变化时柱压自动调整)36Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited不同控制方式下载气线速度的变化不同控制方式下载气线速度的变化(程序升温时程序升温时)20304050604090140190240290340390 柱温Mean linear velocity（cm/sec）0.25mmID x 30m,df=0.25mHe:150kPa,2.32mL/min,45.1cm/sec恒流恒流恒线速度恒线速度恒压恒压37Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedInterface（接口）接口）vInterface:GC to MS的连接部件的连接部件接口columnMS高真空使用石墨垫圈 密封（85%Vespel+15%石墨）加热块38Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedMS组成组成离子源透镜系统四极杆检测器离子化离子聚焦质量分离离子检测39Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited真空真空-另一重要因素-真空系统确保离子由离子源转移至检测器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40Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited排气系统排气系统 压力压力 10 10-3-3-10-10-4 4 Pa(Pa(平均自由路径平均自由路径 5 5m-50m)m-50m)Ion sourceLens systemRod systemDetector主泵副泵41Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited真空泵真空泵(主泵主泵)Turbo molecular pump（涡轮分子泵）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42Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited 单泵排气系统和差动排气系统单泵排气系统和差动排气系统 v差动排气系统更有利于高流量分析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RPGCGCMS-QP2010PlusGCMS-QP2010Plus双双入口差动排气系统入口差动排气系统43Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited什么是离子？什么是离子？v离子：带电的原子或分子离子：带电的原子或分子+-Positive ion（正离子）Negative ion（负离子）44Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedIonization（离子化）离子化）v样品分子在离子源中离子化样品分子在离子源中离子化v根据样品条件不同根据样品条件不同(如气体或液体如气体或液体)，离子化方，离子化方法也不同法也不同v对气体样品来说有三种离子化方法对气体样品来说有三种离子化方法vEI(EI(E Electron lectron I Impactmpact，电子轰击电离电子轰击电离)vCI(CI(C Chemical hemical I Ionizationonization，正化学电离正化学电离PCIPCI)vNCI(NCI(N Negative egative C Chemical hemical I Ionizationonization，负化学电离负化学电离)45Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitede-e-e-e-e-Sample from GCfilament+Fragment ionQPEI(电子轰击电离电子轰击电离)分子离子产生：MeM+2e46Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited 最常用的离子化方法 开放式离子源 产生大量碎片离子EI概述概述47Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited 碎片和质谱图碎片和质谱图v分子受到电子（分子受到电子（70eV）轰击，在较低能量的化学键处发生断裂轰击，在较低能量的化学键处发生断裂A-B-C-D e ABCD(molecular ion)2e-ABC+、D+AB+、CD+A+、BCD+每一化合物具有特定的质谱图：用于化合物识别（定性）(谱库检索)ADABCDABCBCDABCD基峰基峰分子离子fragment ions（碎片离子）俵e-Mm1m3m248Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedEI EI 谱图示例谱图示例m.w.78m.w.7249Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedfrom gas cylinderfilamente-e-e-e-e-QPCH4 CH5+C2H5+Sample from GCH+-CH4M+1-C2H4CI(正化学电离正化学电离)50Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedv需要反应气（需要反应气（Reagent gas）v关闭式离子源关闭式离子源(离子源内压力约离子源内压力约 10Pa)v碎片少碎片少(软电离软电离)v产生准分子离子（产生准分子离子（pseudo-molecular ions,M+1）v有利于测定分子量有利于测定分子量CI概述概述51Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited EI和和CI谱图比较谱图比较vMethylstearate（硬酯酸甲酯）M.W.298EICI52Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedNCI(负化学电离)v需要反应气（需要反应气（Reagent gas）v关闭式离子源关闭式离子源(离子源内压力约离子源内压力约 1Pa)v碎片少碎片少(软电离软电离)v带电负性基团的化合物有高灵敏度带电负性基团的化合物有高灵敏度 (如卤素化合物如卤素化合物)eCH4CH3HCH4CH4CH4e电子捕获反应-（：高电负性原子或离子，如卤素)53Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedNCI 质谱图质谱图六氯苯 M.W.28454Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited EI、CI、NCI应用应用EI：定性定性 定量定量CI：定性定性 定量定量NCI：定性定性 定量定量55Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited GCMS质量分析器质量分析器 磁质量分析器磁质量分析器 四极杆质量分析器四极杆质量分析器 离子阱质量分析器离子阱质量分析器飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器56Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited磁质量分析器磁质量分析器57Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited四极杆质量分析器四极杆质量分析器58Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedm1+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四极杆质量分析器四极杆质量分析器59Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited离子阱质量分析器离子阱质量分析器60Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器+L LV Vt tDetectorDetectorDrift tubeDrift tubeExtractionExtractiongridgridSampleSample+61Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited数据采集模式数据采集模式v当电压扫描时，离子依次进入检测器。当电压扫描时，离子依次进入检测器。测定间隔默认为测定间隔默认为 0.5 0.5 secsecSCAN mode（扫描模式）扫描模式）imeVm/z0.5sec0.5secV35V350SCAN质谱图质谱图62Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited图谱认识图谱认识TIC:Total Ion Chromatogram 总离子流图总离子流图MS:Mass Spectrum 质谱图质谱图MC:Mass Chromatogram 质量色谱图质量色谱图MIC:Mixed Ion Chromatogram 加和离子流图加和离子流图 （指定质量数范围内的（指定质量数范围内的“总总”离子流图）离子流图）MCMSTIC&MC63Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited色谱图和质谱图色谱图和质谱图m/zRetention timeTICTICMCMCMS SpectrumMS Spectrum64Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedSIM(Selected Ion Monitoring)mode(选择离子模式）选择离子模式）vSIM主要用于定量分析v只有特定质量数的离子被检测v根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。v灵敏度取决于所选择的检测离子。灵敏度取决于所选择的检测离子。TimeVm/z0.2secV85V97SIM数据采集模式数据采集模式质谱图质谱图65Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedScan&SIM Modem/zRetention timeTIC:Scan Mode7254152SIM检测离子检测离子66Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedSIM ModeRetention timem/z=72 m/z=152 m/z=54灵敏度高于灵敏度高于 Scan 方式方式67Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedTypical ContaminantsMass(M/Z)Compound ClassificationPotential Source-18,28,32,40,44AirH2O,N2,O2,Ar,CO231SolventMeOH43,58SolventAcetone77Benzene,Xylene85Freons91,92Toluene105,106Xylene22,73,147,207,281,295,355,429DimethylpolysiloxaneSeptum/column41,45,55,57,71,85,99HydrocarbonFingerprint/pump oil149PhthalatesPlasticizers68Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedMS的调整（调协，的调整（调协，tuning）所有调整都可利用工作站软件完成所有调整都可利用工作站软件完成v灵敏度调整灵敏度调整v分辨率调整分辨率调整v质量数校正质量数校正v相对强度校正相对强度校正69Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited调谐用标样（调谐用标样（调谐用标样（调谐用标样（PFTBAPFTBA）relative m/z intensity 69 100.0131 26.0219 32.0414 2.0502 2.0614 0.4CF3-CF2-CF2-CF2-N-C4F9 C4F970Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.LimitedDI直接进样法直接进样法v直接进样系统绕过了气相色谱(GC)而直接将样品注入到离子源中.进样杆进样杆进样杆进样杆样品杯样品杯样品杯样品杯加热器加热器加热器加热器捕获捕获捕获捕获离子源箱离子源箱离子源箱离子源箱（EI,CI,NCIEI,CI,NCI）“OO”型环型环型环型环MM+（MM-)71Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited 可分析可分析 GC GC 难以分析的化合物难以分析的化合物.不必考虑气相色谱的条件而容易地得到质谱不必考虑气相色谱的条件而容易地得到质谱.直接进样直接进样系统最高可达系统最高可达 500 500，5 5 段升温速率段升温速率.可配合不同的离子源分析：可配合不同的离子源分析：DI-EIDI-EI、DI-CIDI-CI、DI-NCI.DI-NCI.直接进样法直接进样法的的特特点点72Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited操作方法操作方法1 12 21 13 34 4样品样品加入加入进样杆进样杆进样杆进样杆沿导轨沿导轨插入。插入。(专利产品专利产品)进样杆插入到进样杆插入到离子源。离子源。经由经由：GCMSsolution 启动启动温度控制。温度控制。73Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited应用实例应用实例1 1：利血平：利血平的分析的分析利血平的分子量608、沸点高，属于GC 分析困难的组分。采用 DI 可简单地得到质谱，可进行鉴定。74Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited利血平利血平的的DIDI分析分析M+HM+HM+CM+C2 2H H5 5DI-EIDI-EI谱谱可通过可通过谱库谱库检索检索鉴定鉴定DI-CIDI-CI谱谱确认确认分子离子分子离子峰，进而峰，进而确定确定分子量分子量75Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited十溴二苯醚十溴二苯醚的的质谱质谱100100100100TICTIC500500DBDEDBDE可塑剤可塑剤PSPSDI DI 温度温度:100-500/20:100-500/20分分IS IS 温度温度:250:250使用使用DI-MSDI-MS测定聚苯乙烯测定聚苯乙烯的的十溴二苯醚十溴二苯醚76Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited分析方法的建立分析方法的建立77Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited分析方法分析方法v仪器参数仪器参数GCGC参数参数:色谱柱、流量、温度等色谱柱、流量、温度等MSMS参数参数:温度、检测器电压、扫描范围等温度、检测器电压、扫描范围等v数据处理参数数据处理参数积分参数：峰宽、斜率等积分参数：峰宽、斜率等定性参数：相似性检索谱库等定性参数：相似性检索谱库等定量参数：计算方法、校正级别、组分表等定量参数：计算方法、校正级别、组分表等78Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited积分参数积分参数积分参数积分参数 峰宽：峰宽：WIDTH WIDTH 斜率：斜率：SLOPESLOPE 漂移：漂移：DRIFT DRIFT 变参时间：变参时间：T.DBLT.DBL79Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limitedv去除高频噪声去除高频噪声(电磁干扰）电磁干扰）W WH/2H/2WIDTH/4 -定量结果最为准确定量结果最为准确内标物必须准确添加入所有未知样品中。内标物必须准确添加入所有未知样品中。未知样未知样+IS:100ppm1uL组分组分 A1浓度比浓度比1.2面积比面积比0.70.58标样标样 1uL组分组分A:100ppm内标内标:100ppm组分组分 A峰面积峰面积 12001000面积比面积比 1.2内标内标：IS内标内标：IS峰面积峰面积 7001000面积比面积比 0.7组分组分 A 的浓度为：的浓度为：未知样中的内标未知样中的内标浓度浓度:100ppm X 浓度比浓度比:0.58=58ppm内标法内标法91Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited内标物的选择内标物的选择v内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离。内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离。v内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。v内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。