岛津GCMS基础知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,Shimadzu International Trading(Shanghai)Co.Limited,岛津国际贸易（上海）有限公司,分析中心,岛津,GCMS,基础知识,GCMS,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,）,MS,GC,GCMS,流路,样品,信号处理器,进样系统,离子源,真空系统,质量分析器,检测器,GC,/,DI,目的,：分离样品组分,GC,组成,进样口,(,样品气化),色谱柱,(,分离,),检测器,(,FID,MS,),载气,样品,载气,氦气：高纯，,99.999%,GC,进样口,分流/不分流进样口（,SPL）,填充柱进样口（,WBI）,冷柱头进样口,（,OCI）,程序升温进样口（,PTV,）,分流/不分流进样口结构,F,1,F,2,分流进样,什么是分流进样,?,46,mL,/min,0.25,mmI.D.x30m,df,=0.25um,1,mL,/min,50,mL,/min,47,mL,/min,Carrier Gas,P,分流,3,mL,/min,隔垫吹扫,分流比,分流流量和色谱柱流量之比,当柱流量为,1,mL,/min、,分流流量为,46,mL/min,-,分流比,46:1,防止色谱柱过载,为什么要分流进样,?,加快进样时间，减小色谱峰展宽,前沿峰,柱内径、膜厚和样品量,e.gSPL-2010(Split),25,mm,石英棉,10-15,mm(10mg),34mm,分流进样注意点_,石英棉的装填,避免分流歧视，提高重现性,不适合微量组分的分析（,ppm,以下）,考虑到样品进样时间，柱流量分流流量最好大于,30,mL,/min,使用分流进样用玻璃衬管,正确装填石英棉,分流进样小结,不分流进样,什么是不分流进样？,0.25,mmI.D.x,30m,df,=0.25um,1,mL,/min,50,mL,/min,47,mL,/min,载气,46,mL,/min,分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,待机状态和进样后1,min,内,1,mL,/min,0,mL,/min,分流流路关闭后总流量变为4,mL,/min,3,mL,/min,（进样时间设为1,min,时）,0.25,mmI.D.x30m,df,=0.25um,1,mL,/min,进样时的4,mL,/min,1,mL,/min,Carrier Gas,P,0,mL,/min,Split,50,mL,/min,47,mL,/min,46,mL,/min,什么是不分流进样？,进样1,min,后打开分流流路,3,mL,/min,分流流路1,min,后打开电磁阀的作用,n-C,11,n-C,13,n-C,15,n-C,17,n-C,18,n-C,11,n-C,13,n-C,15,n-C,17,n-C,18,进样后1,min,打开电磁阀,未打开电磁阀,进样后1分钟内色谱峰展宽的影响,0.25,mmI.D.x,30m,df,=0.25um,1,mL,/min,4,mL,/min,载气,分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,1,mL,/min,0,mL,/min,3,mL,/min,隔垫吹扫,如何减小色谱峰展宽：,1）溶剂效应,2）高压进样,溶剂效应,溶剂在柱头重新冷凝,进样口,初始柱温：溶剂沸点-10度,0.25,mmI.D.x,30m,df,=0.25um,1,mL,/min,9,mL,/min,载气,分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,6,mL,/min,0,mL,/min,3,mL,/min,隔垫吹扫,高压进样,待机状态和进样后1,min,内,（,高压时间设为1,min,时,）,1,mL,/min,6,mL,/min,100,Kpa,250,Kpa,进样1,min,后，柱压回到100,Kpa,，,柱流量恢复为1,mL,/min,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,WBI,进样口,用于：,宽孔径毛细管柱,填充柱,载气,毛细柱,隔垫吹扫出口,分流出口,1.,Column Sleeve/Guide,(OCI-mode),2.,玻璃衬管,（,Glass Insert),(PTV-mode),OCI/PTV,进样口,毛细管柱主要类型,P,orous,L,ayer,O,pen,T,ubular,W,all,C,oated,O,pen,T,ubular,Packed Capillary,多孔层开口柱,管壁涂渍开口柱,毛细管柱管材,熔融石英 合成高纯石英,外表面涂覆聚酰亚胺,内表面经化学处理,不锈钢,用于高温分析,最不易断裂,内表面经特殊处理,固定相,大多数固定相为聚合物,WCOT,毛细管柱:,聚甲基硅氧烷（,Polysiloxanes,silicones）,聚乙二醇（,Polyethylene glycols,PEG）,固定相,聚甲基硅氧烷,siloxane,backbone,固定相,“,ms”or low bleed version,苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链,DB-5ms,Rtx-5ms,BPX-5,e.g.,温度稳定性更好,固定液流失,0,2,18,6,8,10,12,14,16,4,20,22,24,100,C,270,C,300,C,300,C for 12 min,Bleed,固定相,聚乙二醇,“,WAX”or“FFAP”,类固定液,e.g.DB-WAX,DB-FFAP,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,常用固定相,Phase composition,J&W,SGE,Restek,100%,dimethyl,polysiloxane,DB-1,BP-1,Rtx-1,95%,dimethyl,-,5%,diphenyl,polysiloxane,DB-5,BP-5,Rtx-5,Polyethylene glycol(PEG),DB-Wax,BP-20,Stabilwax,50%,dimethyl,-,50%,diphenyl,polysiloxane,DB-17,BP-17,Rtx-50,固定相选择,选择与目标化合物极性相近的固定相,-,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,）,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,）,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,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,毛细管柱流量设定,内径,载气流入,MS,大流量,真空度差,柱内径,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：15,mL/min(EI,方式）,载气控制方式,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,(,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,（,用于毛细管柱，,GC-2010/2014,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,),不同控制方式下载气线速度的变化,(,程序升温时,),20,30,40,50,60,40,90,140,190,240,290,340,390,柱温,Mean linear velocity（cm/sec）,0.25,mmID,x 30m,df,=0.25m,He:150kPa,2.32mL/min,45.1cm/sec,恒流,恒线速度,恒压,Interface,（,接口）,Interface:,GC to MS,的连接部件,接口,column,MS,高真空,使用石墨垫圈,密封（85%,Vespel+15%,石墨）,加热块,MS,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,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,+,+,ion,air,water etc.,高真空,低真空,排气系统,压力,10,-3,-10-,4,Pa(,平均自由路径,5,m-50m),Ion source,Lens,system,Rod,system,Detector,主泵,副泵,真空泵,(,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,单泵排气系统和差动排气系统,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,RP,GC,GCMS-QP2010 Plus,双入口差动排气系统,什么是离子？,离子：带电的原子或分子,+,-,Positive ion,（,正离子）,Negative ion,（,负离子）,Ionization,（,离子化）,样品分子在离子源中离子化,根据样品条件不同,(,如气体或液体,),，离子化方法也不同,对气体样品来说有三种离子化方法,EI(,E,lectron,I,mpact,，,电子轰击电离,),CI(,C,hemical,I,onization,，,正化学电离,PCI,),NCI(,N,egative,C,hemical,I,onization,，,负化学电离,),e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,Sample,from GC,filament,+,+,+,+,Fragment ion,QP,EI(,电子轰击电离,),分子离子产生：,Me,M,+,2e,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,碎片和质谱图,分子受到电子（70,eV,）,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,),A,D,AB,CD,ABC,BCD,ABCD,基峰,分子离子,fragment ions,（,碎片离子）,俵,e,-,M,m1,m3,m2,EI,谱图示例,m.w.78,m.w.72,from,gas cylinder,filament,e,-,e,-,e,-,e,-,e,-,QP,CH,4,CH,5,+,C,2,H,5,+,Sample,from GC,H,+,-,CH,4,M+1,-,C,2,H,4,CI(,正化学电离,),需要反应气（,Reagent gas,）,关闭式离子源,(,离子源内压力约,10,Pa),碎片少,(,软电离,),产生准分子离子（,pseudo-molecular ions,M+1,）,有利于测定分子量,CI,概述,EI,和,CI,谱图比较,Methylstearate,（,硬酯酸甲酯）,M.W.,298,EI,CI,NCI,(,负化学电离,),需要反应气（,Reagent gas,）,关闭式离子源,(,离子源内压力约,1,Pa),碎片少,(,软电离,),带电负性基团的化合物有高灵敏度,(,如卤素化合物,),e,CH4,CH3,H,CH4,CH4,CH4,e,电子捕获反应,-,（,：,高电负性原子或离子，如卤素,),NCI,质谱图,六氯苯,M.W.,284,EI,、,CI,、,NCI,应用,EI,：,定性,定量,CI,：,定性,定量,NCI：,定性,定量,GCMS,质量分析器,磁质量分析器,四极杆质量分析器,离子阱质量分析器,飞行时间质量分析器,磁质量分析器,四极杆质量分析器,m,1,+,m,2,+,m,3,+,m,1,+,m,1,/z=kV,1,m,2,/z=kV,2,m,3,/z=KV,3,m,2,+,m,3,+,1,1,m/z,V,m：mass number,z：charge(,=,1,in GCMS,),k：constant,V:voltage applied to QP,四极杆质量分析器,离子阱质量分析器,飞行时间质量分析器,+,+,L,V,t,Detector,Drift tube,Extraction,grid,Sample,+,+,数据采集模式,当电压扫描时，离子依次进入检测器。,测定间隔默认为,0.5,sec,SCAN mode,（,扫描模式）,ime,Vm/z,0.5,sec,0.5,sec,V,35,V,350,SCAN,质谱图,图谱认识,TIC,:,T,otal,I,on,C,hromatogram,总离子流图,MS:,M,ass,S,pectrum,质谱图,MC:,M,ass,C,hromatogram,质量色谱图,MIC:,M,ixed,I,on,C,hromatogram,加和离子流图,指定质量数范围内的“总”离子流图）,MC,MS,TIC&MC,色谱图和质谱图,m/z,Retention time,TIC,MC,MS Spectrum,SIM(,S,elected,I,on,M,onitoring)mode,(,选择离子模式）,SIM,主要用于定量分析,只有特定质量数的离子被检测,根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。,灵敏度取决于所选择的检测离子。,Time,Vm/z,0.2,sec,V,85,V,97,SIM,数据采集模式,质谱图,Scan,&SIM,Mode,m/z,Retention time,TIC:Scan Mode,72,54,152,SIM,检测离子,SIM Mode,Retention time,m/z=72 m/z=152 m/z=54,灵敏度高于,Scan,方式,Typical Contaminants,Mass(M/Z)Compound ClassificationPotential Source,-,18,28,32,40,44AirH2O,N2,O2,Ar,CO2,31Solvent,MeOH,43,58SolventAcetone,77Benzene,Xylene,85,Freons,91,92Toluene,105,106,Xylene,22,73,147,207,281,295,355,429,Dimethylpolysiloxane,Septum/column,41,45,55,57,71,85,99HydrocarbonFingerprint/pump oil,149PhthalatesPlasticizers,MS,的调整（调协，,tuning）,所有调整都可利用工作站软件完成,灵敏度调整,分辨率调整,质量数校正,相对强度校正,调谐用标样（,PFTBA,）,relative,m/z,intensity,69 100.0,131 26.0,219 32.0,414 2.0,502 2.0,614 0.4,CF,3,-CF,2,-CF,2,-CF,2,-N-C,4,F,9,C,4,F,9,DI,直接进样法,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,样品杯,加热器,捕获,离子源箱,（EI,CI,NCI）,“,O,”,型环,M,+,（M,-,),可分析,GC,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,.,直接进样,系统最高可达,500,，5 段升温速率,.,可配合不同的离子源分析：,DI-EI,、,DI-CI,、,DI-NCI.,直接进样法,的,特,点,操作方法,1,21,3,4,样品,加入,进样杆,进样杆,沿导轨,插入。,(专利产品),进样杆插入到,离子源。,经由,：,GCMSsolution,启动,温度控制。,应用实例1：利血平,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。,利血平,的,DI,分析,M+H,M+C,2,H,5,DI-EI,谱,可通过,谱库,检索,鉴定,DI-CI,谱,确认,分子离子,峰，进而确定,分子量,十溴二苯醚,的,质谱,100,TIC,500,DBDE,可塑剤,PS,DI,温度:100-500/20分,IS,温度:250,使用,DI-MS,测定聚苯乙烯,的,十溴二苯醚,分析方法的建立,分析方法,仪器参数,GC,参数:色谱柱、流量、温度等,MS,参数:温度、检测器电压、扫描范围等,数据处理参数,积分参数：峰宽、斜率等,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,积分参数,积分参数,峰宽：,WIDTH,斜率：,SLOPE,漂移：,DRIFT,变参时间：,T.DBL,去除高频噪声(电磁干扰）,W,H/2,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。,未知样,+,IS:100ppm1uL,组分,A,1,浓度比,1.2,面积比,0.7,0.58,标样,1,uL,组分,A,:,100ppm,内标,:100,ppm,组分,A,峰面积,1200,1000,面积比,1.2,内标,：,IS,内标,：,IS,峰面积,700,1000,面积比,0.7,组分,A,的浓度为：,未知样中的内标浓度,:100,ppm,X,浓度比,:0.58=,58,ppm,内标法,内标物的选择,内标物峰与试样中所有成分的峰完全分离。,内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。,内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。,