GC-MS基础和主要仪器介绍

实现按保留时 间先后的组分 鉴定，多种检 测器联用，增 加定性能力
六、GC-MS 联用仪主要部件
序号
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类别
GC和MS 中间连接 装置—— 接口类别 (一般性)
部件名称
直接全导入型接 口 分流型接口：开 口分流接口其它 分流接口
说明
适合小径毛细管柱 适合小径和中径的毛细 管色谱柱
功能
GC流出物全导入 MS 离子源 按分流比将GC流 出物导入MS离子 源，开口分流接口 能自动使载气多分 少补 去除载气，浓缩样 品
指标数值
影响因素
最高 扫描速 度
GC-MS 联用仪获得质谱图时 最快扫描速度。速度越快， 可获质谱图随GC 样品变化的 影响越小，质谱图越接近标 准谱，再生总离子色谱图越 逼真，一般以一个色谱峰能 扫描十次左右。过快的扫描 会降低仪器的灵敏度和质量 分辨率。实际使用的扫描速 度依分析要求和仪器性能作 综合考虑
六、GC-MS 联用仪主要部件
序号 类别 部件名称 说明 功能
4
气相色谱 填充柱 柱类别 毛细管柱 金属毛细管柱 弹性石英柱 涂壁毛细管柱 涂担体毛细管柱 多空层毛细管柱 小径毛细管柱 中径毛细管柱 大径毛细管柱 多维气相色谱柱
又称：开管柱
WCOT 柱 SCOT 柱 PLOT 柱 内径0.1,0.2mm 内径0.25,0.32mm 内径0.53mm(又称Maga bore 柱)
序号 质谱仪类别 质量分离原理和说明
4
飞行时间质 不同质量（相同能量）的离子， 谱仪TOF- 飞过固定距离时所需的时间不同 MS 而分离 离子回旋共 离子在互为正交的均匀磁场和射 振质谱仪 频电场中作回旋共振运动，当回 ICR-MS 旋半径达到一定大小时被接收。 其回旋频率与离子质量成反比
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一 、质谱仪类别表
二、MS 基本参数
指标名称
指标定义及实用意义
指标数值
影响因素
1、灵敏度与仪器 的质量分辨在一定 范围内成反比 2、对不同样品， 不同电离方式， 不同离子极性， 不同操作条件和不 同信噪比要求，其 最小检测量（ 即灵 敏度）亦不同
灵敏度 （最小检 测量）
1000~1pg 1、全扫描灵敏度 对某一固定样品（如硬脂 酸甲酯），对某一电离方法 （一般分电子轰击EI 和化学 电离CI 两种），对某一离子 极性（可分为正、负离子两 种）在给定操作条件下（一 般为不分流进样，样品色谱 峰半峰宽度约数秒，在样品 全谱的质量范围内，以一定 速度扫描），检测样品的分 子离子（EI）或次分子离子 （CI）的信噪比达到某一标 准（一般为10：1）所需的 最小进样量为GC-MS 的全扫 描灵敏度
一般应用可省略其它色 谱检测器
分离尚未分离的色谱峰
提高定量分析精度 提高仪器功能，实现分 析自动化
六、GC-MS 联用仪主要部件
序号 类别 部件名称 GC 载气源 说明 常用氦气，纯度大 于99.995% 功能 作色谱分离的流 动相
1
实验室 气源条 件
MS 反应气源
减压阀 过滤器 色谱载 气状态 控制部 件 稳压阀（或电子流量 控制器）、压力表、 稳流阀、流量计（浮 子、电子式）、柱箱 恒温和程序升温部件
GC-MS 类别 小型 中型 大型
性 能 特 点
质量分析 器类别
小型四极、离 中型四极 子阱MS 中型磁式
大型磁式双聚焦MS 串联质谱（MS-MS）
最高质量 数
最高分辨 率 体积
<1000
<2000（四极） >2000（四极） ~5000（磁式） >10000（磁式）
<2000（四极） >2000（四极） ~5000（磁式） >10000（磁式） 中 大
二、MS 基本参数
指标名称
指标定义及实用意义
指标数值
影响因素
同外，同上 2、灵敏度与居留 时间成正比
灵敏度（最小 2、选择离子检测灵敏度，除扫 检 描方式（在选定的一组离子质量 数内，以某一居留时间，如每峰 测量） 50ms，循环跳扫）与全扫描灵 敏度规定不同外，其余同上
10~0.1pg 1、除扫描方式不
GC/MS特和主要仪器介绍
一、 质谱仪类别表
序号 质谱仪类别 质量分离原理和说明
1
磁式质 谱仪
单聚焦MS 单质量双 聚焦MS 全质量双 聚焦MS
不同质量离子在磁场中以不同的曲率 半径偏转而分离，仅有方向聚焦，质 量分辨率较低 分离原理同上，但对某一质量离子在 保持方向聚焦的同时，在电场中的速 度分散与磁场中速度分散相互抵消而 获得速度聚焦，提高分辨率 分离原理同上，在一定质量范围内 （如1：36）各质量离子均具有速度和 方向聚焦的能力
浓缩型接口： （又称 分子分离器） 喷射式分离器： 单级或双级不锈 钢喷射分离器 单级玻璃喷射分 离器
最适合填充GC 也用于 毛细管色谱柱
适合分子最小的载气如： 按分子喷射动量 H2、He等适合GC-电子 和扩散能力不 轰击电离MS联用 同，分离浓缩 适合GC-化学电离MS 联 用
六、GC-MS 联用仪主要部件
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色谱进样 六通阀进样（气）;自动顶空 及气化部 进样（气）;手动注射进样（ 件类别 液）;自动注射进样（液）;毛 细管分流/不分流进样（液）; 柱头进样（气、液）;裂解进 样（固）（炉式、热丝、居 里点、激光）
为实现气、液、 固样品汽化和 瞬时进样的各 种手动、自动 进样器以及适 应填充柱和各 种毛细管柱的 进样系统
二、MS 基本参数
指标名称 指标定义及实用意义 指标数值 影响因素
1、决定于质量 分析器的设计 参量（如磁场曲 率半径、离子出 口缝大小、离子 在四极场的振 动周期数等） 2、真空度越好，R 越 大 3、扫描速度越 快，R 越低 4、离子检测系 统响应时间常数τ越小， R 越大
质量分 辨率R
在GC-MS 联用仪所测的质谱图 小型<1000 上，R 表征了分辨相邻两峰的能 中型~2000 力。计算公式 （四极） R=[(M1+M2)/2(M2M1]· (L/W5%)， ~5000（磁 其中M1、M2 为相邻两峰的离子 式） 质量数，L 为它们分开的距，W 大型>2000 5%为离子峰峰高水平 %处的宽度。 L （四极） 和W 5%单位应一致mm 或amu）。>10000（磁 质量分析器常用指数扫描，谱线 式） 间隔非等宽，但分辨率在整个质 量范围内相等；四极质量分析器 线性扫描，单位质量分辨，最高 可测质量数即为最高分辨率。常 以半峰宽W 1/2 作峰宽计算分辨率 （如峰形呈高斯分布，W1/2=W 5% /2）
一、 质谱仪类别表
序号 质谱仪类别 质量分离原理和说明
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气体同位素 质量分离原理同质谱仪。专用于测定 13C/12C、15N/14N、 气体同位素比，如 比质谱仪 18O/16O 等 （IRMS）
离子迁移谱 它能像质谱一样实现气相离子分离， 仪（IMS） 但在大气压下进行。离子在电场中的
迁移速度决定于离子迁移率（单位电 场下的漂移运动速度），离子按迁移 率分离，称离子迁移谱仪。类比于飞 行时间质谱和磁式质谱，它也有时间 分离和空间位置分离两种，可视为特 种谱
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离子阱质 内电离式 离子贮存在三维四极阱内作稳定的振动运动， 谱仪 当环形电极上的射频电压扫描时（或端电极 ITMS 电压轴向调制时），质量数从小到大的离子 依次从四极阱的端电极逸出而接收，离子在 三维四极 阱内形成 MS （3DQ） 外电离式 离子的分离原理同上。但离子在阱外形成， 注射到阱内
一、 质谱仪类别表
一、 质谱仪类别表
序号 质谱仪类别 质量分离原理和说明
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四极质谱仪QMS （二维四极MS）
离子在四极场φ(xyt)=(U+Vcoswt)(x2+y2)/R2 中的运动，纵向（Z）是匀速运动，横向是 振动运动。当直流/交流电压比（U/V） =0.165时，只有一定质量数的离子有稳定的 轨道而接收，其他质量数离子终因振幅不断 增加而偏离，所以又称四级杆分析器。
磁式质谱：指 对北扫描质谱， 数扫描已快至 在铁感应线圈 每十倍程质量 数0.1~0.2 秒， 的自感。磁铁的 四极质谱：线 涡流和磁滞都 性扫描已快至 会影响扫描速 2000amu/s~ 10000amu/s, 度，一般采用叠 离子阱质谱快 层磁铁和低压 至 大电流激磁线 10000amu/s
圈
三、 GC-MS 联用仪分类表
常用甲烷、异丁烷、 作质谱化学电离 氨、氧化氮等 反应气
俗称氧表和氢表 附于氧表后或在 GC 内 设置的器件可随 GC-MS 联用仪类 别和使用要求而异 作气瓶减压用 去除气源内水分 和杂质 控制载气状态参 量：温度、压力 和流速，建立色 谱分离条件
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六、GC-MS 联用仪主要部件
序号 类别 部件名称 说明 功能
详见计算 机部分
决定于计 算机 软、硬件 配置
决定于 GC-MS 联用仪主 机的硬 件配置
质量数范围、质量分辨率R、灵敏度（最小检测量）、最高扫描速度见 质谱参数
五、GC-MS 法优点表
定性能力高 用化合物分子的指纹 质谱图鉴定组分，大大优于色谱 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 GC-MS 联用仪的全扫描工作方式是最通用的灵敏度极 高的色谱检测器，而选择离子和选择反应工作方式是 最可变和最具有选择性的最高灵敏度的色谱选择性检 测器，所以应用时可省略其它色谱检测器 用提取离子色谱、选择离子监测法和选择反应监测法， 可分离总离子流色谱图上尚未分离或被化学噪音掩盖 的色谱峰 可用同位素稀释和内标技术提高定量精度和定性能力 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
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