第十三章 质谱和气相色谱质谱联用.pdf

13.1质谱仪 13.2气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)13.3液相色谱-质谱联用仪(HLPC-MS)口 13.4电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)1第一页，共一百一13.1质谱仪13.1 mass spectrometerAI2第二页，共一百一一13.1.1 质谱仪定义与分类13.1.2 质谱仪原理13.13质 谱仪基本组成13.1.4 质谱仪性能指标13.1.5 质谱联用技术13.1.6 质谱术语及主要离子峰类型13.1.7 质谱解析质谱图与结构解析3第三页，共一百一13.1.1质谱仪定义口质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同，来分 离不同分子量的分子.测定分子量进行成分 和结构分析。离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子 发射,质子化或去质子化)口分子质量精确测定与化合物结构分析的重要工 具。4第四页，共一百一13.1.2质谱仪基本分类火花源双聚焦质谱仪无机质谱仪J二次离子质谱仪3IMS）一感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）质谱仪r气体同位素质谱仪同位素机质谱仪V放射性同位素质谱仪液相色谱-质谱联用仪（LC-MS 有机质谱仪 J气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）I富立叶变换质谱仪（FT-MS）5第五页，共一百一13.1.2质谱仪基本组成1.气体扩散2.直接进样3.气相色谱4.液相色谱1-电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光1.单聚焦2.双聚焦3.飞行时间4.四极杆质谱仪需要在高真空下工作：离子源(10-310P。)质量分析器(10-6Pa)(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。6第六页，共一百一13.1.2进样系统要求：大气压下的样品要进入高真空的质谱仪，而不 影响仪器的真空度。方式：进样板进样进样头进样毛细管进样（从气相色谱及液相色谱柱）7第七页，共一百一13.1.2质谱仪基本组成一离子源主要作用是使欲分析的样品实现离子化，尤其是中性物质带上电 荷。其原理和结构如下图：1.电子电离源日ectron l onizcition 旧)源2.化学电离源 Chemical Ionization(Cl)源8第八页，共一百一1.电子电离源（离子源一EI）质谱中最常用的离子源，一般为70 ev电子束，远大于多数有机化 合物的电离电位（715 ev）,会使相当多的分子离子进一步裂解 主要用于挥发性样品，样品需经过汽化，进入电离区,在70 eV电子撞击下,样品分子可能有四种不同途径形成离子。样品分子直接与电子作用/样品分子电离过程O O OR1R2R3R4e9第九页，共一百一/电子电离源中分子离子及碎片离子的形成e+.ABCD-a ABCD十+2e 形成分子离子-A+BCD*I裂解成碎片离子A裂解重排裂解碰撞10第十页，共一百一8.2质谱仪器口电子电离源的特点：(1)电离电压：70 eV(3)EI源碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库。(4)样品在气态下电离，不能汽化的样品不能分析，主要用于气-质联用仪。(5)有些样品得不到分子离子。(6)适用于分子量低于1000的样品。PAHs测定一般用EI11第十一页，共一百一2.化学电离源(Cl)：有些化合物稳定性差，为了得到分子量可采用化学电离 Q源是通过离子一分子反应而完成的；日电离是电子直接与样品分 子作用；反应气：一般为甲烷、正丁烷或氨气等，生成(M+H)+,(M-H)+,(M+NH4)例：CH4+e CHJ+2eCH4*+CH4 CH5*+CH3CH5*M-CH4+(M+H)*CH5*+M-CH4+(M-H)*+H2PBDEs和O CPs测定一般用Cl12第十二页，共一百一(串=处-+鼠100aCO2CrH|7CO2C8H|73CD 400仙279文 300 40)391CI(CHMcJi，300 400a）EI源（b）CW（甲烷）（c）CI源异丁烷）图13邻基二甲酸二辛酯的质谱图13第十三页，共一百一化学电离源优点：准分子离子强度高，便于推算分子量；口缺点：,只适用于易挥发，受热不分解的样品/碎片离子峰少，强度低14第十四页，共一百一13.1.2质谱仪基本组成一质量分析器作用：是质谱仪器的核心，将离子按m/z顺序分开而获得质谱。质量分析器是质谱仪的核心部件，因此常以质量分析器的类型来命名一台质谱仪O有机质谱仪种类1.单聚焦质量分析器2.双聚焦质量分析器3.四级杆质量分析器4.离子阱分析器5.回旋共振分析器6.分析时间分析器类似于光谱分析中的单色 器的作用715第十五页，共一百一1.质量分析器一单聚焦质量分析器单聚焦质量分析器实际上是处于扇形磁场中的真空扇形容器，因此,也称为磁扇形分析器。常见的单聚焦分析器是采用180。、90。或60。的圆弧形离子束通道。样品单聚焦质量分析器原理图16第十六页，共一百一1.单聚焦质量分析器 特点：方向聚焦；相同质荷比，以不 同方向进入扇形 磁分析器的离子 有会聚作用，起 到了方向聚焦的 作用，而且仅有 方向聚焦，故称 为单聚焦质量分 析器能量不聚焦分辨率不高17第十七页，共一百一2.质量分析器一双聚焦质量分析器双聚焦质量分析器：由一个静电分析器和一个磁分析器组成,静电分析器允许有某个能量 的离子通过，并按不同能量聚 焦，先后进入磁分析器，经退 两次聚焦，大大提高了分辨率具书几乎相同 动能的离了农土;收集潺I入按显示装置u和记录仪）对于能量相同的离子，通过扇形静电场分析 器后又会聚在一起，在分析器的焦面上按能 量高低的次序排列起来，实现了能量（或速 度）的聚焦。18第十八页，共一百一然后，经过狭缝进入磁分析器，再进行m/z方向聚焦。这种同 时实现速度和方向双聚焦的分 析器，称为双聚焦分析器。具 有双聚焦质量分析器的质谱仪 称为双聚焦质谱仪。具有几乎相同 动能的离子束电分析器E 具TT近似动 能的离子束 加速区按显示装置 和记录仪）/单聚焦分析器分辨率低的主要原 因在于它不能进行能量聚焦。/双聚焦分析器具有能量聚焦和方向聚焦的特点19第十九页，共一百一2.特点能量聚焦:相同质荷比，速度（能量）不 同的离子会聚；方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同 的离子会聚；双聚焦质量分析器的最大优点是大大提高了仪器的分辨率，可达15万，甚至上百 万。20第二十页，共一百一3.四极杆分析器（quadrupol e mass anal yzer）在四根对立的电极上相对采用对位的交频电压，通过固定频率的交 频电压使固定核质比的离子可以通过。结构：由四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场1,3棒：+（丫+丫/）2,4棒：-（Vdc+V什）其中，Vdc为直流电压，Vrf为射频电压材料：由镀金陶瓷或铝合金特点：灵敏度高使用电场而不用磁场，无磁滞现象，扫描速度快 适用于 GC-MS 与 HPLC-MS。21第二十一页，共一百一3.四极杆质量分析器镀金的金属陶瓷四极杆22第二十二页，共一百一在一定Vdc/V/作用下，具有一定的m/z的离子能到达收集器,其它离子被滤掉。23第二十三页，共一百一4.离子阱分析器(Ion trap)离子阱的主体是一个环电极和上下两端盖电极，环电 极和上下两端盖电极都是绕Z轴旋转的双曲面，并满足第二十四页，共一百一4.离子阱分析器(Ion trap)一种通过电场或磁场将气相离 子控制并贮存一段时间的装置 原理：类似四级质量分析器。特 定777/Z离子在阱内一定轨道上 稳定旋转，改变端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测 器；即：用高频交流电把离子限制在 离子阱里，然后用离子的特征电 压分别将其推出离子阱，到检测 器检测。端盖电极辅助射频25第二十五页，共一百一100 200 300 400 此阱集扫描、检测第二十六页，共一百一 F5.飞行时间分析器什im-of-fl ight anal yzer,TO F)这种分析器不是磁场或电场，而是一根长、直的飞行管。用一个脉冲将离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并 以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用 时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这 一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。V,L不变时，t由m/e决定一般,1-30(llS第二十七页，共一百一体 气电子接收极离子检测器I+1 1灯丝 脉冲电压抽真空图9-10 飞行时间质量分析器原理图作为一种高分辨质谱被广泛应用于GC-MS,LC-MSniCP-MS所以飞行时间质谱仪是采用脉冲式的程序操作，分为几步反复进行：第一步开动电离室的电子 枪，大约10咕时间，样品电离，形成离子束；第二步随后施加加速电压，大约10 4s,离子被加速后进入飞行管；第三步关闭所有电源，大约级，使离子流在飞行 管中无阻的慢性步行，飞出管进行检测；完成了一个循环程序后，又一次开 动电子枪重新产生离子束第二十八页，共一百一 fi(三)检测器(detector)口质谱仪检测器种类：1 电子倍增器 el ectron photon mul tipl ier2 光子倍增器 photon mul tipl ier3 法拉第杯Faraday cup4 阵列检测器array detectors口质谱仪检测器特征：信号增益与检测器电压有关提高检测器电压可以提高灵敏度，但降低检测器寿命29第二十九页，共一百一1电子倍增器离子束电子倍增器工作原理图从质量分析器出来的离子轰击阴极导致电子发射，电子在电场的作用下，依次轰击下一级电极而被放大，电子倍增器的放大倍数一般在1。5 108。电子倍增器中电子通过的时间很短，利用电子倍增器可以实现高 灵敏、快速测定。30第三十页，共一百一类似于光电倍增管 由四级杆出来的离子打到高能 级产生电子，电子经倍增器产生电信号，记录不同离 子的信号即得质谱。电流决定其寿命倍增器电压决定其灵敏度WLETTl31第三十一页，共一百一（四）离子流的记录各种m/e的离子流，经检测器检测变成电信号，放大后由计算 机采集和处理后，记录为质谱图或用示波器显示。质谱图是以质荷比（小）为横坐标，以各离子m/e的相对强度（也称丰度）为纵坐标构成。一般把原始图上最强的，离子峰定为基峰,并定其为相对强度100%,其他离子峰以对基峰的相对百分值表示 o因而，质谱图各离子峰为一些不同高度的直线条，每一条直线代表 一个离子m/e的质谱峰。:二-一,二JLO 009080706050句30201001A30L3020145405060丙酸的质谱标与质谱图803第三十二页，共一百一13.1.3质谱仪主要性能指标(1)分辨率，分辨率是指仪器对质量非常接近的两种离子的分辨能力。一般 定义是：对两个相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于 其峰高10%时，则认为两峰已经分开，其分辨率：m mjCV=-=-mm其中为质量数，且外m2，故在两峰质量数较小时，要 求仪器分辨率越大。33第三十三页，共一百一例题要鉴别用+(6/功28.006)和(20+(6/功27.995)两个峰，仪器的分辨率至 少是多少？%d=-2，.995-_ 2545“28006-27.99534第三十四页，共一百一13.1.3质谱仪主要性能指标(2)质量范围质量范围是指质谱仪能测量的最大6/a直，它决定仪器 所能测量的最大相对分子量。四极质谱 M/Z小于或等于1000飞行时间质谱 M/Z可达到几十万(3)灵敏度指信噪比大于10时的样品量。35第三十五页，共一百一6.真空系统作用：保证离子源灯丝正常工作保证离子在离子源和分析器正常运行消减不必要离子碰撞、衍射效应、复合反应和离子-分子反应 减少本底与记忆效应质谱仪必须有真空系统离子源的真空度应达到10-3-10-5 Pa,质量分析器应达到10-6 Pa。质谱仪器中凡有样品分子和离子的地方必须抽成真空状态，即质谱仪的离子源、质 量分析器及检测系统都必须处于真空状态下工作（一般为1.333x10-4 1.333 xl O-6Pa）36第三十六页，共一百一质谱仪分析原理离子源是使试挂分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受 了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们 在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小分 离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器,采集放大离子信号，经让篡 机处理，绘制成质谱图。37第三十七页，共一百一质谱联用技术两种或多种仪器分析方法结合起来的技术称为联用技术，利用联 用技术的主要有色谱一质谱联用、毛细管电泳一质谱联用、质谱 质谱联用，其主要问题是如何解决与质谱相连的接口及相关信 息的高速获取与贮存等问题。1.色谱一质谱联用色谱一质谱联用技术，必须解决的主要问题有两大方面：是如何 实现接口，降低压力使色谱柱的出口与质谱的进样系统连接，达到 两部分速度的匹配；是必须除去色谱中大量的流动相分子。38第三十八页，共一百一气相色谱一质谱联用技术（GCMS联用）GC是在常压下工作，而MS是在高真空下工作，因此，必须有一个连接装置,将色谱柱流出的载气除去，使压强降低，样品分子进入离子室。这个连接 装置叫做分子分离器。39第三十九页，共一百一液相色谱一质谱联用（LCMS联用）对于热稳定性差、不易汽化的样品，GCMS联用有一定的困难。因此,近年来又发展了液相色谱一质谱联用技术。LC分离要使用大量的液态流 动相，如何有效地除去流动相而不损失样品，是LCMS联用的难题之-o目前应用较多的有两种接口装置。LCMS用传送带联接装置40第四十页，共一百一温控探测器700V汽化器质量分析器 0进冷阱到亲雾温探测器1000V L 放电电极反射极热喷雾接口41第四十一页，共一百一一质谱术语及主要离子峰类型1、质谱术语/基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度或相对丰 度为100./质荷比：离子的质量与所带电荷数之比，用m/z或m/e表示。435729 7115 85,I I,I 99 113 142W_Ml il l il h J II ii irn/z42第四十二页，共一百一2、主要离子峰的类型(1)分子离子峰：分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子离子的质量与化合物的分子量相等。相B对 强 O 2。2。m 8 18“。120小图9.19 化合物CsH18O的质谱图43第四十三页,(2)分子离子的判断一般在质谱的最右端砌贝(J由C,H,。组成的有机化合物，分子离子峰一定是偶数。由C,H,O,N组成的有机化合物，含奇数个分子离子峰是奇数。由C,H,N组成的有机化合物，含偶数个分子离子峰为偶数。相s对强37a e 3 7。a 8图919化合物GH】8。的质谱图44第四十四页，共一百一(3)同位素离子峰(研1峰)由元素的重同位素构成的离子叫做同位素离子；它们在质谱图上总是出现在相 应的分子离子或碎片离子的右侧。由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有 时还 可以观察到例+2,A7+3O o o o例如：CH4 A7=16 12C+1Hx4=16 M 13C+Hx4=17 A7+1 12C+2H+Hx3=17 A7+1 13C+2h+】Hx3=18M+2 2 1M分子离子峰，同A位素 峰65 UI45第四十五页，共一百一(4)碎片离子峰一般有机化合物的电离能为7-15电子伏特，质谱中常用的电离电压为70电子伏特,使结构裂解，产生各种“碎片”离子。正 己 烷15 29 43 57 71-1 iH3C-y CH2r CH2-CH27 CH2-r CH+丁7171 57_43 29 15h3cch2-ch2-ch2-CH2ch357 H3C CH2-CH2-CH2CH2-CH343 H3CCH2-CH2 CH2-CH2-CH329 H3C-CH2 CH2-CH2-CH2-CH315 CH3ch2-ch2-ch2-ch2-CH346第四十六页,共一百一碎片离子峰分子离子裂解所生产的产物离子。43m/z47第四十七页，共一百一碎片离子峰Commonly Lost Fragments m-15*CH3 m-17-OH m-26 CN m28 H2C=CH2m-29 CH2c H3-CHOm-31,OCH3 m-35-Cl m43 CH3C=O m45-OCH2CH3m/em/em/eCommon Stable Ions=m-1R-C=O48第四十八页共一百一13.1.5质谱解析质谱图与结构解析(-)质谱中的反应和机理口裂解反应中电子转移方式口裂解反应氢重排口置换反应口消除反应口影响裂解反应的因素49第四十九页，共一百一n。6H3413.1.5质谱解析质谱图与结构解析（二）常见官能团的裂解模式1、烷烧Q.直链烷煌C3H7 100-1 43 575 8A(审)包H玄妾19783691l,2-2141富7 I 2n1 oI 23.1()()b6()4bn6225580正十六烷质谱图第五十页，共一百一50正构烷煌的裂解规律：(1)直链烷煌显示弱的分子离子峰；(2)质谱特征是具有质量相差14(CH2)单位的5%皿1系列；(3)各峰簇的顶端形成一平滑线，最高点在C3或C4,碎片离子C3以上强度递减，因为碎片可继续分裂CH38551第五十一页，共一百一b.支链烷煌(1)支链烷的分子离子峰较支链烷煌降低；(2)在支链处易断裂，优先失去大基团，正电荷留在 多支链的碳上，产生CnH2M离子；(3)在支链处的断链，伴随有失去单个氢的倾向，产生较强的CnHzn,有时可强于相应的CnHzn+1离子。I I例如5-甲基十五烷 CiH21TCH。4H9 5甲基十五烷6H34(M=226)的裂解：ch3 ch3C3H7CH2-chCH2C9H19-C3H7CH2+CHCHC9H19m/z=85 m/z=169 HCHo汨 I-CHCHC9H19 52+mlz 168第五十二页，共一百一一43 CH3-a/(X)5O 5 1自卅1 m至C3H7 CH2-CH-CH2C9H1957 m/z 85 一 m/z 1698571I 1 99 113 140 呈 211 2261山,i h,jlj 一“jL J一 I 一”.I.工一 一一一 J j 一 八1 1 i I 1 1 I I I 1 I 1 I I I 1 1 I 1 I 1 1 1 40 60 80 100 120!40 160 180 200 220正十六烷质谱图53第五十三页，共一百一-C.环烷燃(1)由于环的存在，分子离子峰的强度会增加;(2)通常在环的支链处断裂，给出g”向离子，也伴随氢原子的失去,有较强的CnH2rl峰；(3)环的碎花特征是失去C2H4(也可能失去c2H5)。m/z 55第五十四页，共一百一0ch3I,一 L/L JiT T z i m/z 20 40 60 80 100甲基环己烷质谱图55第五十五页，共一百一-2、烯煌(1)双键的引入，可增加分子离子峰的强度；(2)烯丙基分裂是最主要的裂解方式，仍形成间隔14质量单位的一系列峰簇，但峰簇内最高峰为金电n+l(3)分子中双键可发生位置偏移，易发生烯丙断裂，生成很强的烯丙离子CH2=CH CHM/Z=41CH9=CH RRCH2CH2CH2 CH=CH2第五十六页，共一百一3 快煌(1)分子离子峰较强；(2)类似烯煌的快丙基分裂，快的。-断裂产生m/z 391a t HC=CCH2R-HC=CCH2 HC=C=CH2喊39(3)端位快易脱去H-，形成很强的M-l峰HC=CR d 三 CR+甫57第五十七页，共一百一1 戊块C5H8（M=68）的裂解:it h2c=c=ch2+h2c=ch2 inlz 40一 一 _ _ 00806040 fll3920-M(68)I J i,i1L,jlm/z 16 20 26 30 35 40 45 50 55 60 65 701-戊焕的质谱图58第五十八页，共一百一-4.芳煌烷基取代苯(1)分子离子峰强；(2)简单的断裂形成茉基离子C7H7+,m/z91的峰一般很强；1a HC=CCH2R HC=CCH2 CH3CH=O H M/Z 45 7 _ L第六十二页，共一百一M-CH3M-H20 M-14570 73 88第六十三页，共一百一28酚类：(1)C=0M/Z(2)失去H20M/Z(3)具有苯的特征1864第六十四页，共一百一-(2)醛、酮、酸辛酮一4|.85I 0:IIIICH3cH2cH3TCTH2cH2cH2cH3 M/Z 12843|j 5771.1M/Z 128 85 71 57 4365第六十五页，共一百一醛类乙基异丁基酸CH3CH24-CH-E-OCH2CH33H-C=a一断裂B断裂第六十六页，共一百一66(3)卤素化合物RX+-R+X RCH2X+-R +CH2=X+如果是长链煌类，则可能有下列途径67第六十七页，共一百一(4)胺类8CH2NH2+ch2=nh2+M/Z=30醇、醴、酮等化合物均为此分裂。68第六十八页，共一百一13.2气相色谱-质谱联用仪13.2 Mass spectrometer and mass spectrometry69第六十九页，共一百一13.2.1 气相色谱-质谱联用仪13.2.2 气相色谱-质谱联用仪主要组成13.2.3 与色谱质谱有关的基础知识13.2.4 气相色谱-质谱定性与定量方法13.2.5 气相色谱-质谱分离操作条件优化及维修和 保养70第七十页，共一百一ALS injector(ptional)AIS turret捷伦5975c安捷伦7890A-7I _6890 GCLocd controlS0wct viw5f75 MSD 一 Oa/olf swiich6890 GC On.eff switchAIMFIStatus displayStatus boardGC keypad第七十一页，共一百一一、GCMS联用仪器hyphenated technology of GC-MSMSc=)tzj i=rSampleGas Chromatograph(GC)BMass Spectrometer B oAAC DA 上一I B LD 一SampleSeparationIdentification!72第七十二页，共一百一真空系统离子化气相色谱、r大气质谱计检测器计算机分析结果%UC-MS联用仪组成衽图73/第七十三页，共一百一 w出口 机械商真空泵质谱气相传输线 离子源I质量分析器检测器化学工作站软件（电脑）气相色谱：化合物分离，被分离组分的定性较为困难。但是它为化合物气相色谱和质谱分析技术建立方法；质谱：纯物质结构分析气相色谱-质谱联用（GC-MS）:可同时完成待测组分的分 离和鉴定75第七十五页，共一百一13.2.2气相色谱-质谱联用仪主要组成Main accessmbly of hyphenated methods of GC-MS1.气相色谱仪；载气系统；(2)进样系统；(3)柱分离系统；(4)气相色谱检测器；控温系统2.气相色谱-质谱联用仪的进样系统和GC-MS中的分子分离器3.质谱仪(1)离子源;质量分析器;质谱仪检测器4.谱图数据再现形式5.NIST最新版数据库76第七十六页，共一百一13.2.3与色谱-质谱有关的基础知识1.气相色谱仪(1)对载气选择的要求 必须是化学惰性的 必须不干扰质谱图 必须不干扰总离子流的检测 应具有使载气气流中的样品富集的某种特性77第七十七页，共一百一4载气种类的选择应考虑三个方面：载气对柱效的影响、检测器要 求及载气性质。气相色谱对载气的基本要求：(Q)纯净:过活性炭或分子筛净化器，除去载气中的水分、氧等有害杂质O(b)稳定：用稳压阀或双气路方式：(C)常用的载气：氮气 氢气 氨气 氯气78第七十八页，共一百一(2)进样系统分流/不分流模式一 分流(split)允许样品中的代表部分进入到色谱柱中。当被测物浓度较高时。口 不分流(shitless)类似于直接进样.样品中绝大部分进入到色谱柱中。79第七十九页，共一百一假设进样量为1uL:若采用不分流方式的话，这1 uL的溶剂及样品都能经气化后 进入到毛细管内进行分离；若采用分流方式，就得设定一个分流比，比如分流比 是50:50的话，那么在气化后只有一半的溶剂和样品 进入到毛细管柱中进行分离。在实际工作中，不分流进样的应用远没有分流进样普遍，只 是在分流进样不能满足分析要求时（主要是灵敏度要 求），才考虑使用不分流进样。痕量污染物的检测采用不分流进样80第八十页，共一百一一(2)进样系统玻璃衬管是气化室的一部分，进样的物质在这里加热气化O口衬管的作用：,加速样品气化，防止未气化的杂质沾到加热器上，避免固体物质 进入色谱柱；,保护色谱柱：不挥发组分滞留在衬管内。但当污染物积攒 到一定量时，会吸附样品造成峰拖尾/分裂或出现鬼峰。81第八十一页，共一百一1.气相色谱仪(3)柱分离系统口分离柱老化的目的：除去涂固定液时残留的溶剂 除去交联不全或聚合度低的小分子化合物 使固定液均匀铺展 对于旧柱子，除去残留物口分离柱老化的方法：82第八十二页，共一百一口分离柱老化的方法:分段老化法 从较低温度开始，在不同温度 段(150,200,250,300度)分别停留一段时 间。注意素能长时间停留在高温下老化。程序升温老化法一般从50.60度开始以10 度/min升温至300度(依柱的最高使用温度而 定).进样老化法 老化一定要充足载气避免干烤 柱子，但也有不同载气的特殊老化法。83第八十三页，共一百一老化方法：老化温度：即将柱子在比其工作过程中的最高使用温 度高25左右通载气加热几小时。为防止污染检测器，需将柱出口与检测器脱离直 接引至室外。在老化过程中，填料中残存的溶剂以 及固定相中可能存在的低沸点组分随载气流出。84第八十四页，共一百一柱长和柱内径的选择长度可根据需要确定。0增加柱长对分离度有利，但会使组分的保留时间增 力口，且柱阻力增加，不便操作。0柱长的选用原则是在能满足分离目的的前提 下，尽可能选用较短的柱。85第八十五页，共一柱温确定一般选择的基本原则是：在使最难分离的组分有尽可能好的 分离高度的前提下，尽可能采取较低温度，但以保留时间适 宜及不拖尾为宜。*柱温控制在固定液的最高使用温度（超过该温度固定液易流 失）和最低使用温度（低于此温度固定液以固体形式存在）范 围之内。弟对易挥发样用低柱温，不易挥发的样品采用高柱温。高沸点混合物（200 C400 C）,若需在较低的柱温下分析，柱温可比沸点低100 150,在200 250 的柱温下分析。沸点 300t的样品，柱温可比平均沸点低501至平均沸点的范围选择。86第八十六页，共一百一2.GC-MS中的分子分离器和进样系统要使气相色谱和质谱仪器联用，首先要解决的问题是气压问 题。色谱柱出口压通常是常压，而质谱仪在正常工作压力是 高真空，故二者无法相接。必须采用一个连接器，用来除去 载气，以降低气相色谱流出物的气压并富集试样，以达到质 谱仪的工作要求。如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置分子 分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪；如果色谱仪使用毛细管柱，则可以将毛细管直接插入质谱仪离 子源，因为毛细管载气流量比填充柱小很多，不会破会质谱仪 真空。87第八十七页，共一百一2.GCMS中的分子分离器和进样系统色谱仪是在常压下工作，而质 谱仪是在高真空下工作，因此,必须有一个连接装置，将色 谱流出的载气去掉，使压强降 低，样品气进入离子源。这个 连接装置叫分子分离器。气相色谱-质谱联用仪的进样系统由接口和气相色谱组成。接口的作用是使经气相色谱 分离出的各组分依次进入质谱仪的离子源。接口一般应满足如下要求：（Q）不破坏离子源 的高真空，也不影响色谱分离的柱效；（b）使色谱分离后的组分尽可能多的进入离 子源，流动相尽可能少进入离子源；（C）不改变色谱分离后各组分的组成和结构。88第八十八页，共一百一3.质谱仪(i)离子源；(2)质量分析器;(3)质谱仪检测器上节13.1质谱仪详解第八十九页，共一百一894.谱图-数据再现形式 总离子流色谱图(total ion current,TIC)质量色谱图又名提取离子流色谱图(extractedion chromatography)质谱图(mcisssepcturm,MS)90第九十页，共一百一墨西哥湾石油污染表层海洋沉积物烷烧总离子流色谱图Ph29墨西哥湾S-8GC-MS总禺子流图ZC21-/JC22+1；UCM明显墨西哥湾第九十一页，共一百一质量色谱图（提取离子流色谱图）S-8-Al iiWCP42i2提取m/z 85离子流色谱图iScan EI+=85：2 95e6：WCP4212-i -1-j-窜姐”fidT 65lI M ISMScan EI+TIC,4 79e7.92第九十二页，共一百一。质量色谱图用途,利用质量色谱法搜寻目标化合物，以快速鉴别化合物类型。/可以检查色谱峰的纯度，即利用化合物特征离子质量色谱保留时间的差异，分辨共流出的色谱峰。/质量色谱图比总离子流色谱图简洁，消除了背景干扰，信噪比更好。93第九十三页，共一百一质量色谱图（提取离子流色谱图）烷烧一环烷烧%1000一 一 V I I I I I I I I I|I I I I|I I I I I I I I I|I I I I|I I I I|C墨西哥湾S-4 m/z91苯基烷烧100墨西哥湾S-4 m/z927 j Ji jrrr16CV1 1 I 145.0050.00C22.1.94 4a55.00第九十四页，共6研。的质谱图1苯基烷煌同分异构体质谱图和化合物结构 图95第九十五页，共一百一2基基烷怪冏分异构体质谱图和化合物结构图96第九十六页，共一百一笨基烷耀同分异构体质济国和化合物结构困97第九十七页，共一百一98第九十八页，共一百一笨基瑰蜂同异构体质谱国和化合物结构图99第九十九页，共一百一5、质谱扫描技术(1)全扫描(Scan)(2)选择离子(SIM)-定性A定量100第一百页，共一百一(1)全扫描方式口定义最常用的一种扫描模式，扫描的质量范围覆盖被测化合物的分子离 子和碎片离子的质量，得到的是化合物的全谱，可以用来进行谱库 检索。扫描质量起点和终点的选择，取决于待测化合物的分 子量和低质量的特征碎片。阈值的设置不仅影响质谱峰数多少，而且影响色谱图的基 线和峰的分离，倍增器工作电压影响全质量范围离子丰度。101第一百零一页，共一百一(2)选择离子检测(SIM)定义：不是连续扫描某一质量范围，而是跳跃式地扫描某几个选定的 质量。操作：控制质量分析器，仅仅对感兴趣的质量进行分析 目的：提高灵敏度；改善峰形；改善精确度口应用痕量分析；复杂基质；常规定量102第一百零二页，共一百一定性与定量口定性气相色谱技术定性分析法质谱图分析法结合其它联用技术法口定量归一化法外标法内标法103第一百零三页，共一百一13.2.5气相色谱-质谱联用仪操作条件、维护与保养(-)操作条件1.样品来源及其前处理方法2.确定仪器配置和初始操作条件3.分离条件优化104第一百零四页，共一百一1.前处理方法 实际样品针对不同污染物柱分离处理方法 极性目标物处理方法衍生化 硅烷化衍生化(1)BSTFA和BTA衍生化胺基和羟基(2)MTBSTFA常用于药物、类固醇类检测(3)MSTFA是最常用的硅烷化试剂(苹果酸、富马酸、柠檬酸等)(4)单糖硅烷化时用一般用三甲基硅烷咪嘎(甘露糖、半乳糖、海藻糖等)酰化衍生化(1)乙酰化(体内药物筛选，大多数的临床药物)(2)三氟乙酰化/五氟丙酰化/七氟丁酰化(苯丙胺类和麻黄碱类)烷基化衍生化(农药和杀虫剂)105第一百零五页，共一百一样品的衍生化的目的样品的衍生化的作用主要是把难于分析的物质转化 为与其化学结构相似但易于分析的物质，便于 量化和分离。其目的：1.提高样品检测的灵敏度;2.改善样品混合物的分离度；3.适合于进一步做结构鉴定，如质谱、红外或核磁共振 等106第一百零六页，共一百一2.确定仪器配置和初始操作条件 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:ELPCLNCI检测器电压等进样口、色谱柱、检测器的温度设定/进样口温度 4考%样品中各组分的沸点，设定温度使样品瞬间汽化。】/色谱柱温度 A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。J/检测器温度)防止检测器污染，一般比色谱柱温度高20-3CTC。107第一百零七页，共一百一六、气相色谱-质谱联用仪操作条件、维护与保养 维护保养外界条件恒定温度；非常洁净、无尘。口 仪器条件1.载气系统(1)载气使用气体纯度必须达到99-999%,并使用专用钢瓶灌装，载气纯度不够，或剩余的载气量不够时,会造成m/z 28谱线丰度过大。当气瓶的压力降低到几个MPQ时，应更换载气，以防止瓶底残余物对气路的 污染。108第一百零八页，共一百一2.质谱真空泄漏的确认及检漏(1)确认泄漏：质谱真空是否出现空气泄漏，可从压力和空气/水的背景图谱进 行判断。依据m/z18、m/z28、m/z 32和m/z 44图谱中比例是否符合空气中 比例识别(2)检漏Q.钢瓶及气体管线的检漏定时察看压力表(每小时)和压力降低情况,可由此查知气体主管线是否漏气。b.GC部分的检查GC部分的空气泄漏通常会发生在内部的载气管接头、隔垫定位螺母、柱螺 母等位置。可用适量的丙酮涂抹上述位置,每次一个位置，先后顺序依照离 MS部分由近及远的原则。在适当的时间后，观察背景图谱中的峰图，若m/z58和 m/z43处出现一个陡峭的、显著的攀升,说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏。109第一百零九页，共一百一C.进样口日常维护-定期更换进样垫-使用最低可用温度 使用气流吹扫-使用干净的衬管-用溶剂清洗分流平板 使用干净的进样针110第一百一十页，共一百一六、气相色谱-质谱联仪维护与保养d.MS部分的检查GC部分的空气泄漏通常会发生在内部的载气管接头、隔垫定位 螺母、柱螺母等位置。可用适量的丙酮涂抹上述位置,每次一 个位置冼后顺序依照离MS部分由近及远的原则。在适当的 时间后，观察背景图谱中的峰图，若m/z 58和m/z 43处出现一 个陡峭的、显著的攀升，说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏。111第一百一十一页，共一百一