气质联用GCMS被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定,其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度,可以快速获得合成化合物的分子量信息。
分析对象限于在300℃左右及以下可以汽化、并且能离子化的样品;在加热过
程中易分解的、极性太强的化合物,往往需要进一步处理才能上机。不易挥发、强极性、热不稳定及高分子量化合物的分析,往往需要使用LCMS分析技术。
GC-MS总体上由以下五大部分组成:色谱仪(常压)、接口部分、质谱分析器(高真空)和计算机数据处理系统。示意图如下:
气相色谱仪的基本流程如图3所示。主要包括以下5大系统:气路系统、进样系统、分离系统、温度控制系统以及检测和记录系统。
(1)载气系统:包括气源、气体净化、气体流速控制和测量。为获得纯净、流速稳定的载气。
(2)进样系统:包括进样器和气化室。进样器分气体进样器和液体进样器,气化室是将液体样品瞬间气化的装置。
(3)分离系统:包括色谱柱和柱温箱和控温装置。根据各组分在流动相和固定相中分配系数或吸附系数的差异,使各组分在色谱柱中得到分离。
(5)检测和记录系统:包括检测器、放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站 (色谱图)。将各组分的浓度或质量转变成电信号并记录。
是协调联用仪器输出和输入状态的硬件设备。一般分为直接接口(小口径毛细管柱)和开口分流接口(大口径毛细管柱),用于除去GC部分的载气并传输组分。
(1)压力匹配——质谱离子源的真空度在10-3Pa,而GC色谱柱出口压力高达105Pa,接口的作用就是要使两者压力匹配。
(2)组分浓缩——从GC色谱柱流出的气体中有大量载气,接口的作用是排除载气,使被测物浓缩后进入离子源。
质谱仪的基本部件有:离子源、滤质器、检测器三部分组成(结构示意图如图4),它们被安放在真空总管道内。在GC-MS联用中经过气相色谱分离的各气态分子受离子源轰击,电解裂解成分子离子,并进一步碎裂为碎片离子。在电场和磁场综合作用下,按照m/z大小进行分离,到达检测器检测、记录和整理,得到质谱图,实现样品定性定量分析。
(1)进样系统:GC出来的样品直接进入MS分析仪。
(2)离子源:离子源的作用是接受样品产生离子。常用的离子化方式有:电子轰击EI;化学电离CI。
(3)质量分析器:其作用是将电离室中生成的离子按质荷比(m/z)大小分开,进行质谱检测。常见质量分析器有:四极质量分析器; 扇形质量分析器; 双聚焦质量分析器; 离子阱检测器。
(4)检测器:检测器的作用是将离子束转变成电信号,并将信号放大,常用检测器是电子倍增器。
下图为GC-MS联用仪的内部组成示意图。在这个组合中气相色谱仪分离样品中各组分,起着样品制备的作用;接口把气相色谱流出的各组分送入质谱仪进行检测,起着气相色谱和质谱之间适配器的作用;质谱仪对接口依次引入的各组分进行分析,成为气相色谱仪的检测器;计算机系统交互式地控制气相色谱、接口和质谱仪,进行数据采集和处理,是GC-MS的中央控制单元。
一般应用可省略色谱检测器:GC作为进样系统,将待测样品分离后直接导入质谱进行检测,既满足了质谱分析对样品单一性的要求,又省去样品制备、转移的繁琐过程,不仅避免了样品受污染,对质谱进样量还能有效控制,也减少了质谱仪的污染,极大地提高了对混合物分离、定性定量效率。
定性能力高:用色谱保留时间结合化合物的指纹质谱图鉴定组分,大大优于仅靠色谱保留时间。GC-MS的定性指标有分子离子、功能团离子、离子峰强度比、同位素离子峰、离子反应的母子离子质量数以及总离子流色谱峰、选择离子色谱峰和选择反应色谱峰所对应的保留时间窗。
可分离尚未分离的色谱峰:用提取离子、选择离子监测或选择反应监测法,以及结合某些数据处理方法(如AMDIS),可分离总离子流色谱图上尚未分离或被化学噪声掩盖的色谱峰。
可提高定量分析精度:通过用同位素稀释和内标技术可提高定量精度和定性能力。
提高仪器功能,实现分析自动化:计算机的多功能使仪器的结构更简单,操作更方便,更易于实现分析工作的自动化。
分析对象有限制:分析对象限于在300℃左右及以下可以汽化、并且能离子化的样品;在加热过程中易分解的、极性太强的化合物,如有机酸类等,则需进行酯化衍生处理才可进行GC—MS分析,如果样品不能汽化也不能酯化则需采取LC—MS或其他方法分析。
测试条件有限制:GC—MS分析样品应是有机溶液,固体或水溶液中的有机物一般不能测定,需进行萃取分离变为有机溶液,或采用热裂解、顶空进样技术。
质谱应用有限制:目前质谱还有一个很重要的不足是对很多异构体(尤其是位置异构)无法分辨。
GC-MS分析可用于液体,气体和固体样品,但主要限于挥发性和半挥发性化合物。
固体:固体,通过溶剂萃取,除气(解吸)或热解进行分析。解吸实验在40-300℃之间的受控温度下在氦气流下进行,在解吸期间在低温阱上收集分析物。
热解是用于分析不能直接注入GC-MS的材料的另一种取样技术。通过直接向样品施加热,分子可以以可再现的方式分解。然后将较小的分子引入GC中并通过GC-MS分析。
总体要求:样品要求溶解于有机溶剂(如丙酮、正己烷等);样品中不能含有水,盐类和酸碱类等物质;应是易挥发的、热稳定的,沸点一般不超过500℃,分子量小于500的化合物;需要进行衍生化处理的样品,要提前处理好;样品含量在ppb-ppm级,样品一般不少于0.5mL,太少的样品量需要配置微量衬管。
GC/MS联用分析常用的定量方法和色谱一样有三种,外加一种GC-MS特有方法:
(1) 归一化法。将样品中所有组分含量之和作为100,计算各个组分的相对百分含量,称为归一化法。计算公式:
式中 Wi——组分i含量;Ai——组分i的峰面积(或峰高);fi——组分i的质量校正因子。当fi为体积校正因子或摩尔校正因子时,结果分别为体积分数或摩尔分数。
(2) 外标标准曲线方法。用标准样品配制不同浓度的标样,在与待测样品完全相同的操作条件下,测得标样中各化合物的峰面积或峰高,得到响应因子:
式中 Wi——待测化合物标样含量;Ai——待测化合物标样峰面积(或峰高)。
(3) 内标法内标标准曲线方法 。外标法存在一定缺点,限于每次的分析条件从样品处理到测试都会产生误差。为了克服不可避免的测量误差,选择适当的基准物质(内标化合物)加入标样和待测样品中进行测定,计算待测化合物和内标化合物响应值之比(称为相对响应因子),由相对响应因子和加入内标化合物的量进行定量,称为内标法。相对响应因子计算,如下:
式中 wi——待测化合物标样含量;Ai——待测化合物标样峰面积(或峰高);WS——内标化合物含量;As——内标化合物峰面积(或峰高)
(4)同位素稀释法。最理想的是采用待测化合物的同位素标记物作为内标,可以保证内标化合物的化学性质、色谱行为、质谱行为都与待测化合物一致,这样可以消除化合物之间的差别带来的误差。同位素标记物作内标只有GC/MS联用技术可以运用。计算公式:
式中,RF为校正因子,RF=含量/面积或含量/峰高;C为含量;S为峰面积或峰高。
同位素稀释法的优点为:一般可以校正基体影响(标样和样品的差别),提取效率稳定;进样误差小,保留时间随溶剂梯度变化影响不大;仪器漂移影响小;在质谱中同位素稀释剂与样品分析物响应稳定,定量结果从样品分析物与内标的响应比得出更准确。缺点为:样品制备很耗时;对移液和稀释等中的误差结果有缺陷。
质谱启动7分钟内如果前级泵真空不低于300mTorr (扩散泵系统)或分子涡轮泵转速小于80%,机械泵将自动关闭以避免大量空气抽入真空腔导致污染。一般的原因是真空腔没关好。
(2)氮气峰丰度大于20%,导致调谐评价不达标,报告显示系统有泄漏。
从调谐报告中的18,28和32相对于69的丰度可以看出问题所在。如果18很高而28,32很低就意味着抽真空时间不够,因为水较难抽走。如果18很低而28,32很高,那就是真的有漏气,一般原因是柱子没装好,比如说用错石墨垫。如果18,32都很低而28很高,那并不意味着漏气,其原因可能是气体净化管进了空气或者是气体质量不好。我还见过40很高的情况,最后发现用户买的氦气其实是氩气。
如果用户刚洗过离子源,那就是灯丝没装好。否则是灯丝烧了。解决办法要么换灯丝,要么 在手动调谐里改用另一灯丝即可。记住当你发现质谱有问题时,别忘了想想之前你动了什么。
不装柱子调谐正常表示质谱是好的,问题出在柱子上。常见的原因有两个:一是柱子断了或 密封不好导致质谱真空下降,二是柱子伸的太长挡住了电子束。
(5)调谐评价显示真空很好,18和28都很低,但是502 丰度小于3%。
先检查离子源温度,如果离子源温度高于230度,要先把它降到230度。因为离子源温度越高,502的丰度就越低。然后检查Repeller电压,你可以适当提高Repeller电压的最高限制,比如说35伏。较高的电压可以得到较高的502相对丰度。如果这些措施都无效,可能需要清洗离子源。
(6)质量数不正确或者质谱图很怪,和标准质谱图根本对不上号。
质谱需要调谐,就好比砝码需要校准。自动调谐的结果存在atune.u 里头。如果你的方法采用的调谐文件名字不叫atune.u,比如说叫himass.u ,记住要在调谐后把调谐结果存到himass.u,否则调谐了也没用上。
工作站非正常退出会导致无法联机。这是你需要重启电脑,气相色谱和质谱。
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