气相色谱-质谱联用原理及应用介绍

WORD 完美格式编辑 专业资料整理 气相色谱法-质谱联用 气相色谱法–质谱法联用 （英语 Gas chromatography–mass spectrometry， 简称气质联用， 英文缩写 GC-MS是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。 GC-MS 的使用包括药物检测（主要用于监督药物的滥用） 、火灾调查、环境分析、爆炸调查 和未知样品的测定。 GC-MS 也用于为保障机场安全测定行李和人体中的物质。 另外， GC-MS 还可以用于识别物质中以前认为在未被识别前就已经蜕变了的痕量元素。 GC-MS 已经被广泛地誉为司法学物质鉴定的金标方法，因为它被用于进行“专一性测 试”。 所谓“专一性测试”就是能十分肯定地在一个给定的试样中识别出某个物质的实际存在。 而非专一性测试则只能指出试样中有哪类物质存在。 尽管非专一性测试能够用统计的方法提 示该物质具体是那种物质，但存在识别上的正偏差。 目录 1 历史 2 仪器设备 2.1 GC-MS 吹扫和捕集 2.2 质谱检测器的类型 3 分析 3.1 MS 全程扫描 3.2 选择的离子检测 3.3 离子化类型 3.3.1 电子离子化 3.3.2 化学离子化 3.4 GC-串联 MS 4 应用 4.1 环境检测和清洁 4.2 刑事鉴识 4.3 执法方面的应用 WORD 完美格式编辑 专业资料整理 4.4 运动反兴奋剂分析 4.5 社会安全 4.6 食品、饮料和香水分析 4.7 天体化学 4.8 医药 5 参考文献 6 参考书目 7 外部链接 历史用质谱仪作为气相色谱的检测器是上个世纪 50 年代期间由 Roland Gohlke 和 Fred McLafferty 首先开发的。当时所使用的敏感的质谱仪体积庞大、容易损坏只能作为固定的实 验室装置使用。 价格适中且小型化的电脑的开发为这一仪器使用的简单化提供了帮助， 并且， 大大地改 善了分析样品所花的时间。 1964 年， 美国电子联合公司 （Electronic Associates, Inc. 简称 EAI- 美国模拟计算机供应商的先驱在开始开发电脑控制的四极杆质谱仪 Robert E. Finnigan 的指 导下[3]开始开发电脑控制的四极杆质谱仪。到了 1966 年，Finnigan 和 Mike Uthe 的 EAI 分 部合作售出 500 多台四极杆残留气体分析仪。1967 年，Finnigan 仪器公司 the （Finnigan Instrument Corporation，简称 FIC）组建就绪，1968 年初就给斯坦福大学和普渡大学发送了 第一台 GC/MS 的最早雏型。FIC 最后重新命名为菲尼根公司（Finnigan Corporation）并且 继续持世界 GC/MS 系统研发、生产之牛耳。 1966 年，当时最尖端的高速 GC-MS （the top-of-the-line high-speed GC-MS units）单元 在不到 90 秒的时间里，完成了火灾助燃物的分析，然而，如果使用第一代 GC-MS 至少需 要 16 分钟。到 2000 年使用四极杆技术的电脑化的 GC/MS 仪器已经化学研究和有机物分析 的必不可少的仪器。今天电脑化的 GC/MS 仪器被广泛地用在水、空气、土壤等的环境检测 中；同时也用于农业调控、食品安全、以及医药产品的发现和生产中。 气质联用色谱是由两个主要部分组成 即气相色谱部分和质谱部分。 气相色谱使用毛细 管柱，其关键参数是柱的尺寸（长度、直径、液膜厚度）以及固定相性质（例如，5％苯基 WORD 完美格式编辑 专业资料整理 聚硅氧烷） 。当试样流经柱子时，根据个组分分子的化学性质的差异而得到分离。分子被柱 子所保留，然后，在不同时间（叫做保留时间）流出柱子。流出柱子的分子被下游的质谱分 析器做俘获，离子化、加速、偏向、最终分别测定离子化的分子。质谱仪是通过把每个分子 断裂成离子化碎片并通过其质荷比来进行测定的。 GC-MS schematic把气相色谱和质谱这两部分放在一起使用要比单独使用那一部分对物 质的识别都会精细很多很多倍。单用气相色谱或质谱是不可能精确地识别一种特定的分子 的。通常，经质谱仪处理的需要是非常纯的样品，而使用传统的检测器的气相色谱（如，火 焰离子化检测器）当有多种分子通过色谱柱的时间一样时（即具有相同的保留时间）不能予 以区分，这样会导致两种或多种分子在同一时间流出柱子。在单独使用质谱检测器时，也会 出现样式相似的离子化碎片。 将这两种方法结合起来则能减少误差的可能性， 因为两种分子 同时具有相同的色谱行为和质谱行为实属非常罕见。 因而， 当一张分子识别质谱图出现在某 一特定的GC-MS分析的保留时间时， 将典型地增高了对样品种感兴趣的被分析物的确定性。 GC-MS 吹扫和捕集在分析挥发性化合物时， 可以用吹扫和俘获 （Purge and Trap， PT 浓缩器系统导入样品。 提取目标被分析物，并与水混合，然后导入气密性室。用惰性气体， 比如氮气N2往水中鼓泡；这就叫做吹扫。挥发性化合物运动到水上方的顶空（headspace） 。 并被压力梯度驱使（由引入吹扫气体所引起）流出气密室。这些挥发性化合物被沿着顶线抽 往“阱”。阱是一个装有吸附材料的、处于室温下的柱子。它将通过把这些挥发性化合物转化 成液相而保持住。然后，加热给阱样品化合物经过一个挥发性界面被引入 GC-MS 柱，阱在 这里相当一个分流进样系统。 质谱检测器的类型和气相色谱GC联合使用的的质谱的最常见类型是四极杆质谱仪， 有时根据惠普（现在的安捷伦）的商品名叫做“质量选择检测器”（MSD） 。其他相对普遍的 是离子阱质谱仪。另外，扇形磁场质谱仪气质联用中也有使用，然而，这些特别的仪器价格 昂贵， 体积庞大不适用于高通量服务的实验室。 气质联用中还可能遇到的其他的质谱检测器 有飞行时间检测器（time of flight ，TOF） 、串联四极杆检测器（tandem quadrupoles ， MS-MS（请见下面内容。 ）或在离子阱的情况下 MSn 这里 n 指的是质谱级数。 WORD 完美格式编辑 专业资料整理 分析典型的质谱检测有两种途径全程扫描和选择性离子检测（Selective Ion Monitoring ，SIM。典型的 GC-MS 能够根据对仪器的设定，分别地或同时地执行这两种功 能。 MS 全程扫描当以全程扫描方式收集数据时，确定一个质量片段目标范围并输入仪器。 一个典型的检测质量片段的广度范围可以是质荷比（m/z）50 到质荷比 400。扫描范围的确 定很大程度上决定于分析者预期试样中所含的物质，同时要考虑容易和其他可能的干扰成 分。MS 不应设定成寻找太低质量的片段，否则，会测到空气（