GC-MS 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀

GC-MS氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀GasChromatography-MassSpectrometer2021/5/911.什么是GC-MS？它一種結(jié)合氣相色譜和質(zhì)譜的特性，在試樣中鑒別不同物質(zhì)的方法。2.GC-MS的優(yōu)點是什么？氣質(zhì)聯(lián)用的有效結(jié)合既充分利用色譜的分離能力，又發(fā)揮了質(zhì)譜的定性專長，優(yōu)勢互補，結(jié)合譜庫檢索，可以得到較滿意的分離機鑒定結(jié)果。2021/5/923.GS-MS的基本流路圖2021/5/93GC基礎知識2021/5/941.什么是GC？氣相色譜（GC）是一種把混合物分離成單個組分的實驗技術(shù)。它被用來對樣品組分進行鑒定和定量測定。氣相色譜（GC）是基于時間差別的分離技術(shù)。將氣化的混合物或氣體通入含有某種物質(zhì)的管，基于管中物質(zhì)對不同化合物的保留性能不同而得到分離。這就是基于時間的差別對化合物進行分離。樣品經(jīng)過檢測器后，被記錄的就是色譜圖，每一個峰代表最初混合樣品中的不同的組分。2021/5/95

典型色譜圖

峰出現(xiàn)的時間稱為保留時間，可以用來對每個組分進行定性，而峰的大?。ǚ甯呋蚍迕娣e）則是組分含量大小的度量。2021/5/962.系統(tǒng)一個氣相色譜系統(tǒng)包括：可控而純凈的載氣源，它能將樣品帶入GC系統(tǒng)進樣口，它同時還作為液體樣品的氣化室色譜柱，實現(xiàn)隨時間的分離檢測器，當組分通過時，檢測器電信號的輸出值改變，從而對某種組分做出響應某種數(shù)據(jù)處理裝置

如下圖所示：2021/5/97

色譜系統(tǒng)氣源：載氣必須是純凈的。污染物可能與樣品或色譜柱反應，產(chǎn)生假峰，進入檢測器使基線噪音增大等。載氣的氣體其種類較多，如：氮、氦、氫、氬等。目前國內(nèi)實際應用最多的是氮氣和氫氣。2021/5/98進樣口：將揮發(fā)后的樣品引入載氣流。最常用的進樣裝置是注射進樣口和進樣閥。圖3注射進樣口注射進樣口用于氣體和液體進樣。常用來加熱是液體樣品蒸發(fā)。用氣體或液體注射器穿透隔墊將樣品注入載氣流。2021/5/99圖4進樣閥樣品從機械控制的定量管被掃入載氣流。因為進樣量通常差別很大，所以對氣體和液體樣品采用不同的進樣閥。2021/5/910色譜柱

分離就在色譜柱中進行。在測定樣品時可以選擇不同的色譜柱，所以用一臺儀器就能夠進行許多不同的分析。圖5色譜柱和柱箱因為大多數(shù)分離都強烈依賴溫度，故色譜柱要安裝在能夠精密控溫的柱箱內(nèi)。2021/5/911檢測器

從色譜柱里出來的含有分離組分的載氣流通過檢測器而產(chǎn)生電信號。檢測器的輸出信號經(jīng)過轉(zhuǎn)化后成為色譜圖。

檢測器2021/5/9123.組分分離分離混合物起主要作用的是色譜柱，而色譜柱的選擇取決于混合物的性質(zhì)和所需獲得的信息（分析目的）。那么色譜柱如何對化合物進行分離的？

如一段含有兩個樣品組分的（彩色的圓點）的色譜柱的橫截面。其中的色譜柱是空柱，它是既沒有填料，也沒有涂層。

未經(jīng)涂層的色譜柱2021/5/913幾秒鐘后，色譜柱中的情況發(fā)生了改變由于載氣流的帶動，樣品向柱的右端移動。并且由于樣品區(qū)域和周圍載氣中樣品濃度的不同而使得樣品區(qū)域帶展寬。樣品組分仍是混合在一起的。

幾秒鐘后2021/5/914如果我們在柱子的內(nèi)表面加上一種涂層，假設這種涂層能夠溶解藍色圓點組分而不能溶解黃色圓點組分的固定液。幾秒后再觀察色譜柱：

涂層色譜柱

幾秒鐘后2021/5/915因為黃色組分和涂層之間沒有作用。它隨載氣一同流過色譜柱并首先從色譜柱中流出。藍色組分在固定液和載氣之間進行分配。它以較慢的速度流過色譜柱而后流出色譜柱。色譜柱類型毛細管柱：毛細管柱是將固定相涂在管內(nèi)壁的開口管，其中沒有填充物。毛細管柱的內(nèi)徑從0.1到0.5毫米。典型的柱長是30米。材料：熔融石英、不銹鋼2021/5/916

毛細管柱填充柱

在填充層內(nèi)，固定液被涂在粒度均勻的載體顆粒上以增大表面積，減少涂層厚度。涂好的填料被填充在金屬，玻璃，或塑料管內(nèi)。材料：不銹鋼、玻璃載體：玻璃、石英石、硅藻土等2021/5/917

填充柱選擇毛細管柱還是填充柱？*氣體分析通常用填充柱完成。填充柱有足夠的柱容量來適應較大體積的氣體進樣量。氣體樣品分析常用的填料包括：2021/5/918分子篩—氧氣，氮氣，氫氣，二氧化碳，一氧化碳，甲烷等。氧化鋁—丙烷或更大分子量的化合物多孔性聚合物微球—乙烷，丁烷，二氧化碳等。*毛細管柱有比填充柱更高的分離度。即使選擇低一些，通常也能實現(xiàn)足夠的分離。*一根毛細管柱能夠完成多種分析，而填充柱則可能需要多跟才能完成*對毛細管柱和填充柱都適用的固定液有：甲基硅烷，苯基甲基硅烷，聚乙二醇2021/5/919MS基礎知識2021/5/9201.什么是MS？質(zhì)譜分析是一種測量離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。簡單的說，質(zhì)譜就是稱量離子的工具。2021/5/9212.MS流程圖2021/5/922離子源在GC-MS中一般采用的是EI和CI離子源。EI：電子電離源，最常用的氣相電離源，有標準譜庫。

2021/5/923分子受到電子（70eV）轟擊，在較低能量的化學鍵處發(fā)生斷裂2021/5/924CI:化學電離源,可獲得準分子離子具體過程是在系統(tǒng)抽真空之后，先充入大量甲烷氣體（100~1000Pa），與少量樣品分子混合，電子束與甲烷氣體作用幾率大，得到的穩(wěn)定的烷類離子產(chǎn)物（CH5+，C2H5+），但能量較低，與樣品分子結(jié)合后，經(jīng)過一系列反應即可得到樣品離子。2021/5/9252021/5/926質(zhì)量分析器磁質(zhì)量分析器四級桿質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器2021/5/927磁質(zhì)量分析器磁質(zhì)量分析器是根據(jù)離子束在一定場強的磁場中運動時，其運動的曲率半徑Rm與離子的質(zhì)荷比m/z和加速電壓V有關(guān)，當加速電壓固定時，不同質(zhì)荷比的離子的曲率半徑不同，于是不同質(zhì)荷比的離子在空間有不同的位置，得到了空間位置上的分離。2021/5/928磁質(zhì)量分析器2021/5/929飛行時間質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器是一個長度一定的無場空間，離子經(jīng)加速電壓加速而進入分析器時，由于不同質(zhì)量的離子飛行速度不同，他們飛過一定距離所需的時間也不同，質(zhì)量小的離子飛行速度快先到達檢測器，質(zhì)量大的飛行速度慢后到達檢測器，因而可獲得質(zhì)量分離。2021/5/930飛行時間質(zhì)量分析器

2021/5/931四級桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器由4根平行的圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上一個直流電壓和一個射頻交流電壓。當離子由電極間軸線方向進入電場后，會在極性相反的電極間產(chǎn)生振蕩。只有質(zhì)荷比在一定范圍的離子，才可以圍繞電極間軸線作有限振幅的穩(wěn)定震蕩運動，并到達接收器。只要有規(guī)律地改變所加電壓或頻率，就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達檢測器，實現(xiàn)分離的目的。四極桿質(zhì)量分析器的優(yōu)點是具有經(jīng)典的質(zhì)譜圖，再現(xiàn)性好，掃描速度快，離子流通量大，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，因此應用較廣；其缺點是對高質(zhì)量數(shù)離子有質(zhì)量歧視效應，分辨率較低，適用的質(zhì)量范圍也較小。2021/5/932

四級桿質(zhì)量分析器

2021/5/933為什么MS需要高真空提供足夠的平均自由程提供無碰撞的離子軌道減少離子-分子反應減少背景干擾延長燈絲壽命消除放電增加靈敏度2021/5/934真空系統(tǒng)確保離子由離子源轉(zhuǎn)移至檢測器2021/5/935GC-MS原理與結(jié)構(gòu)氣相色譜分離樣品的各個組分，起樣品制備的作用，接口把氣相色譜流出的各個組分送入質(zhì)譜儀進行檢測，質(zhì)譜儀對接口引入的各個組分進行分析，成為氣相色譜的檢測器。計算機系統(tǒng)控制色譜儀、接口、質(zhì)譜儀，進行數(shù)據(jù)采集和處理。2021/5/936實例1.用GC-MS對氫氧化鈉和氫氧化鉀催化酯交換反應制備生物柴油的定性分析氫氧化鈉催化制備生物柴油GCMS圖譜2021/5/937氫氧化鈉制備生物柴油的組分分析2021/5/938氫氧化鉀催化制備生物柴油GCMS圖譜2021/5/939氫氧化鉀制備生物柴油的組分分析2021/5/940對在反應溫度為60℃,醇油比為6:1,氫氧化鈉用量為0.5%（油質(zhì)量的0.5%）條件下反應2h生成的生物柴油進行一分析,根據(jù)出峰時間,圖中出現(xiàn)的四個峰依次為棕櫚酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯。在反應溫度為60℃,醇油比為6:1,氫氧化鉀用量為0.5%（油質(zhì)量的0.5%）條件下反應1h生成的生物柴油進行一分析,根據(jù)出峰時間,圖中出現(xiàn)的四個主要峰依次為為棕櫚酸甲酯、油酸甲酯、亞油酸甲酯、亞麻酸甲酯。除此之外,還有少量的花生酸甲酯和二十二酸甲酯等?？梢钥闯?兩種強堿催化劑制備的生物柴油成分及相對含量基本一致。2021/5/9411.GC-MS的缺點GC-MS的不足在于：分析對象限于在300℃左右及以下可以汽化、并且能離子化的樣品；在加熱過程中易分解的、極性太強的化合物，如有機酸類等，則需要進行酯化衍生處理才可進行GC-MS分析，如果樣品不能汽化也不能酯化則需采取LC-MS或其他方法分析；GC-MS分析樣品應是有機溶液。另外，目前質(zhì)譜還有個一個很重要的不足是對很多異構(gòu)體（尤其是位置異構(gòu)）無法分辨。2021/5/9422.四級桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器由4根平行的圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上一個直流電壓和一個射頻交流電壓。當離子由電極間軸線方向進入電場后，會在極性相反的電極間產(chǎn)生振蕩。只有質(zhì)荷比在一定范圍的離子，才可以圍繞電極間軸線作有限振幅的穩(wěn)定震蕩運動，并到達接收器。只要有規(guī)律地改變所加電壓或頻率，就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達檢測器，實現(xiàn)分離的目的。四極桿質(zhì)量分析器的優(yōu)點是具有經(jīng)典的質(zhì)譜圖，再現(xiàn)性好，掃描速度快，離子流通量大，結(jié)構(gòu)簡單，易操作，因此應用較廣；其缺點是對高質(zhì)量數(shù)離子有質(zhì)量歧視效應，分辨率較低，適用的質(zhì)量范圍也較小。2021/5/943相對兩根電極間加有電壓（Vdc+Vrf),另外兩根電極間加有-（Vdc+Vrf)。Vdc為直流電壓，Vrf為射頻電壓。在保持Vdc/Vrf不變的情況下改變Vrf值，對應于一個Vrf值，四極場只允許一種質(zhì)荷比的離子通過，其余離子則振幅不斷增大，最后碰到四極桿而被吸收。通過四極桿的離子到達檢測器被檢測。改變Vrf值,可以使另外質(zhì)荷比的離子順序通過四極場實現(xiàn)質(zhì)量掃描。設置掃描范圍實際上是設置Vrf值的變化范圍。當Vrf值由一個值變化到另一個值時,檢測器檢測到的離子就會從m1變化到m2，也即得到m1到m2的質(zhì)譜。2021/5/9443.關(guān)于GC與MS的接口問題1.直接導入型接口內(nèi)徑在0.25至0.32mm的毛細管色譜往的載氣流量在1～2ml／min。這些柱通過一根金屬毛細管直接引入質(zhì)譜儀的離于源）這種接口方式是迄今為止最常用的一種技術(shù)。2.開口分流型接口色譜柱洗脫物的一