1、气相色谱-质谱联用技术(jsh),第一页，共一百一十页。,气相色谱-质谱联用仪GC-MS(Gas Chromatography-Mass Spetrum),第二页，共一百一十页。,Agilent6890-5975B气质(qzh)联用仪,第三页，共一百一十页。,GC-MS概述(i sh),一、GC-MS的特点二、GC-MS的系统构成(guchng)三、质谱检测器MSD的组成四、GC-MS仪的主要信息五、GC-MS的应用,第四页，共一百一十页。,一、GC-MS的特点(tdin),GC的分离特点+质谱的定性特点（三高）GC将待测样品进行分离直接(zhji)导入质谱进行检测质谱检测离子质量，获得化合物
2、的质谱图联用技术可以得到质量、保留时间、强度三维信息,第五页，共一百一十页。,气质(qzh)联用数据是三维的,第六页，共一百一十页。,气相色谱-质谱联用,特点：要求样品气化后进入质谱仪用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比用毛细管色谱柱分离化合物，分离效率高操作条件稳定、使用方法成熟适宜分析(fnx)小分子、易挥发、热稳定的化合物,第七页，共一百一十页。,样品分离、鉴定和定量(dngling)一次完成检测限可达10-1210-9g最成熟的一类联用技术适用于小分子、易挥发、热稳定性好样品分析,第八页，共一百一十页。,二、GC-MS联用系统(xtng)的构成,气相色谱仪接口(ji ku
3、)质谱仪（离子源、质量分析器）数据处理系统,第九页，共一百一十页。,出口(ch ku),气相色谱仪,高真空泵,接口(ji ku),色谱工作站软件(run jin)（电脑）,离子源,质量分析器,机械泵,检测器,质谱仪,第十页，共一百一十页。,色谱(s p)单元,与GC基本相同GC色谱条件(tiojin)：色谱柱：毛细管柱 温度：气化室温度、柱温、检测器温度 载气？及流量：1ml/min,第十一页，共一百一十页。,GC-MS对载气选择(xunz)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(qli)中的样品富集的某种特性 He,第十二页，共一百一十页。,GC-M
4、S色谱(s p)柱的选择,柱效好惰性(duxng)好热稳定性好,第十三页，共一百一十页。,接口技术中要解决(jiju)的问题,气相色谱仪的大气压工作条件和质谱仪的真空工作条件的联接和匹配。作用：把气相色谱柱流出物中的载气尽可能多地除去，保留或浓缩待测物，使近似大气压的气流(qli)转变成适合离子化装置的粗真空，并协调色谱仪和质谱仪的工作流量。,第十四页，共一百一十页。,MS为什么需要(xyo)真空,提供足够的平均自由程提供无碰撞的离子轨道减少离子-分子反应减少背景干扰延长灯丝寿命消除(xioch)放电增加灵敏度,第十五页，共一百一十页。,传输线、接口(ji ku),MSD GC真空度：10-5
5、Torr 760Torr(常压)流速：2ml/min 0.5-15ml/min传输线的要求：使GC和MS都达到最佳操作条件;保证被测组分可从GC传输到MS无不正常现象(无灵敏度损失(snsh)、无二次反应、无峰形改变),第十六页，共一百一十页。,常用(chn yn)接口,直接导入型：将毛细管色谱柱通过一根金属毛细管直接引入质谱仪的离子源。适用于小口径毛细管柱。载气限于氦气或氢气，载气流量在0.71.0ml/min 开口分流型：气相色谱柱的一段插入接口，其出口正对着限流毛细管。限流毛细管承受将近(jingjn)0.1MPa的压力，与质谱仪的真空泵相匹配，将色谱柱流出物的一部分定量地引入质谱仪的离
6、子源。适合于小径或中径毛细管柱。喷射式分子分离型（浓缩型）：填充柱和毛细管柱均适用,第十七页，共一百一十页。,气相色谱检测器,热导检测器TCD氢火焰离子化检测器FID电子(dinz)捕获检测器ECD火焰光度检测器FPD氮磷检测器NPD质谱检测器MSD,第十八页，共一百一十页。,GC检测器灵敏度比较(bjio),pptrillion,ppb,ppm,ppthousand,percent,TCD,FID,ECD,AED,PID,NPD(N),NPD(P),MSD,(SIM),(SCAN),FPD(S),IRD,ELCD,ELCD,(S or N),(X),10-15,fg,10-12,pg,10-
7、9,ng,10-6,10-3,mg,第十九页，共一百一十页。,质谱检测器（MSD）,样品被电子流轰击后产生离子这些离子按它们的质荷比m/z被分离后，测量其质量数和丰度值此检测器可以通过选择(xunz)适当的质量而使其专一性好，选择(xunz)性强。,第二十页，共一百一十页。,三、质谱检测器的组成(z chn),离子源：提供样品能量，使样品分子电离生成气态分子离子或准分子离子，分子离子还可进一步裂解，产生各种碎片离子。用 70 ev 电子能量轰击(hngj)的操作方式被称为电子电离质量分析器：将来自离子源的不同质荷比离子（离子的质量与其所带电荷的比值，m/z）按空间位置或时间先后分离开的部件。单
8、重四级杆（Q）、三重四极杆（QQQ、TQ）检测器：用于接收、检测和记录被分离的离子信号。高能打拿极和电子倍增器,第二十一页，共一百一十页。,质谱单元(dnyun),进样系统(xtng),离子源,质量(zhling)分析器,检测器,控制和数据处理系统,真空系统,第二十二页，共一百一十页。,离子源,离子源的作用是将被分析的样品(yngpn)分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，会聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。,第二十三页，共一百一十页。,离子化技术(jsh),EI（电子轰击离子源）CI（化学(huxu)离子源）FAB（快原子轰击离子化）MALD
9、I（基质辅助激光解吸离子化）FI（场致电离源）ESI（电喷雾电离源）,第二十四页，共一百一十页。,EI（电子(dinz)轰击离子化）,电子(dinz)轰击质谱示意图,第二十五页，共一百一十页。,Electron Impact Ionization,电子轰击电离电子轰击。电子电离轰击电压50-70eV，有机分子的电离电位一般(ybn)为7-15eV可提供丰富的结构信息有些化合物的分子离子不出现或很弱,第二十六页，共一百一十页。,第二十七页，共一百一十页。,优点：灵敏度高，有丰富的碎片(su pin)离子信息和成熟的离子开裂理论，是结构分析、鉴定的有力手段；重现性好，有标准图谱，可以通过谱库检索对
10、未知物进行结构鉴定 缺点：样品须汽化后才可离子化 适用化合物：易挥发、热稳定化合物。只检测正离子，不检测负离子,EI源的特点(tdin),第二十八页，共一百一十页。,化学(huxu)离子化（CI）,离子室内的反应气（甲烷等；10-100Pa,样品的103-105倍），受电子（100-240eV）轰击，产生(chnshng)离子，再与试样分离碰撞，产生(chnshng)准分子离子。,第二十九页，共一百一十页。,如甲烷作为化学离子化反应(fnyng)气的电离过程,CH4e CH4+2eCH4+CH2+H2CH4+CH3+HCH4+CH4 CH5+CH3CH3+CH4 C2H5+H2,第三十页，共一
11、百一十页。,形成(xngchng)质子化分子离子M+H+MCH5+M+H+CH4MC2H5+M+H+C2H4,第三十一页，共一百一十页。,软电离技术 优点：可以得到(d do)较强的准分子离子峰，有利于分子量的测定；可检测负离子，灵敏度高。缺点：样品须汽化后才可离子化 适用化合物：易挥发、热稳定化合物 无CI源标准谱图,CI的特点(tdin),第三十二页，共一百一十页。,四、质量(zhling)分析器及质量(zhling)分离原理,四极杆质量分析器三重(sn zhn)四极杆质量分析器离子阱质量分析器,第三十三页，共一百一十页。,第三十四页，共一百一十页。,由四根截面呈双曲面的平行电极所组成，常
12、常为圆柱形电极。离子(lz)的质量分离是在电极形成的电极场中完成的。四极电场由加在电极上的直流电压(U)和与之相叠加的射频电压(V)产生。在X方向电极上施加“UV”电压，而在y方向上施加“-(UV)”电压，而V=V0 cost，为射频频率，电极间的相对距离为2r,第三十五页，共一百一十页。,四极杆质量(zhling)分析器原理,离子源中产生的不同质荷比m/z的离子从Z方向(fngxing)进入四极场，在射频电场的作用下，离子的运动方程为：,第三十六页，共一百一十页。,离子的“a-q值处于该三角形内时，该离子的振幅(zhnf)是有限的，轨迹是稳定的，可通过四极场到达检测器离子的a-q值处于稳定三
13、角形之外，其振幅随时间增大，其轨迹是不稳定的，这些离子将与电极碰撞消失,第三十七页，共一百一十页。,选择适当的a/q值(U/V0值)，使扫描线通过稳定区，则扫描线与稳定区二个交点之间对应的质量范围的离子可以(ky)沿Z方向到达检测器，而其他离子以不稳定振荡，与电极撞击而消失。当a/q值变为另一个值时，可使另一离子通过四极场-选择离子监测SIM全扫描SCAN:保持U/V0值及不变，而改变U和V可以实现质量扫描。在给定的时间内不间断地对设定的质荷比(m/z)范围内的所有离子进行扫描。如果提高扫描线的斜率，则可提高质量分辨率，但灵敏度下降。如果降低扫描线的斜率，则将降低分辨率。如果在极端状态，a0(
14、U0)，四极杆质谱仅在射频方式(RF-only mode)下操作，则所有m/z值的离子均具有稳定轨迹可通过四极区，这可用于串联质谱的碰撞室Q2。,第三十八页，共一百一十页。,扫描(somio)类型：,全扫描(somio)(full scan,SCAN)：用于未知化合物的定性分析。SCAN方式需要设置的参数有：扫描质荷比的起点和终点、CID电压等。扫描参数的选择既要兼顾获得含尽量多的有效分子离子和碎片离子的质谱图，又要兼顾获得好的总离子流图。选择离子监测(selected ion monitoring，SIM)：用于定量分析，常用于目标化合物的检测和在数量众多的样品中快速筛选目标化合物。与SCA
15、N方式相比，SIM方式能达到更低的检测限、更快的速度、更好的灵敏度和更短的分析时间，适用于定量分析。但选择SIM方式不利于定性分析。,第三十九页，共一百一十页。,四极(s j)杆质量分析器（quadrupole，Q）,M1,M2,M3,检测(jin c)模式,全扫描(somio)（Full Scan）,选择离子检测（SIM）,分辨率：低,第四十页，共一百一十页。,单四极(s j)杆特点,四极杆质量分析器是GC-MS联用仪中最通用的一种质量分析器有全扫描(Scan)和选择离监测(jin c)(SIM)两种不同扫描模式扫描速度快,灵敏度高，尤其是SIM模式可在较低的真空度下工作分辨率较低，不能提供
16、亚稳离子信息结构简单、体积小、自动化程度高,第四十一页，共一百一十页。,三重(sn zhn)四极杆质谱仪（QQQ）,M+H+,Q1质量(zhling)分析器,Q3质量(zhling)分析器,Q2 碰撞室活化室,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,串联质谱MS/MS,低分辨,第四十二页，共一百一十页。,QQQ特点(tdin),离子(lz)、母离子(lz)、中性丢失三种扫描方式母离子找子离子获得碎片离子子离子找母离子获得前体离子中性基因相关质量的离子，确定各离子归属，研究离子的碎裂途径，用于化合物的结构分析,第四十三页，共一百一十页。,离子(lz)阱质量分析器（ion trap，IT）,离子注入,质量(zhling)选择推出,检测(jin c)模式,全扫描（Full Scan）,选择离子检测（SIM）,分辨率：低,第四十四页，共一百一十页。,离子(lz)阱质量分析器示意图,由三个电极组成的三维四极场处在端电极中心(zhngxn)的小孔是离子