GCMS教程
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柱材：熔融石英、不锈钢 内径：0.2mm--0.53mm 长度：10--100m 固定相种类：OV-1，PEG-
20M，OV-17等
固定相膜厚：0.2--5μm
毛细柱主要类型
Packed Capillary
Porous Layer Open Tubular
多孔层开口柱
Wall Coated Open Tubular
GCMS原理与构造
杨晓辉
GCMS的基本流路图
GC
接口
MS
真空系统
数据处理
气相色谱 气相色谱的流动相为惰性气体，气-固色谱法
中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定 相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附 剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各 组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱 的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检 测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来， 因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱 中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。
宽口毛细柱和填充柱
冷进样
PTV进样 冷柱头进样(OCI)
歧视效应和热分解
热进样 (SPL, WBI)
存在歧视现象和样品热分解
冷进样 (OCI, PTV)
进样是在较低温度下进行 定量精度高 歧视效应和热解效应的影响小
歧视效应的产生
歧视:
蒸溜现象
形Fra Baidu bibliotek气溶胶 分溜现象
高沸点组分残留
低沸点组分百分比偏高
开始
H
WH/2
H/2
tR
理论塔板数（Ｎ）理论塔板高度 （Ｈ）
理论塔板数N
表示柱效的参数 N越大，柱效越高
理论塔板高度(HETP)
表示柱效的参数（与柱长无关） H越小，柱效越高
色谱的动力学理论—速率理论
Ｖａｎ Ｄｅｅｍｔｅｒ方程
H = A+ B/u + Cu
A ： 涡流扩散项（多途径造成） B ： 纵向扩散项 C: 传质阻力项 u： 载气线速度
概念
气体 载气 -- 用于传送样品通过整个系统的气体。 检测器气体 -- 某些检测器所需的支持气体, 如 FID.
样品引入 将样品蒸汽引入载气的过程。 该过程应对样品蒸汽有最小影响。
色谱柱 实现样品组分的分离。
检测器 对流出柱的样品组分进行识别和响应。
数据采集 将检测器的信号转换为色谱图，以备手动或自动定性、定量分 析之用。
Van Deemter方程式
填充柱
毛细柱
气相色谱质谱仪的基本流路图
载气 控制
MS
数据处 理机
钢瓶He
进样口 色谱柱
气相色谱仪的流动相----载气
高纯氦气（纯度99.999%以上）
气相色谱的进样方式
WBI进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口
热进样和冷进样
热进样
分流/无分流进样(SPL) 直接进样（WBI）
进样口的结构
WBI进样口
毛细柱进样口
载气
隔垫吹扫出口 载气
玻璃衬管
隔垫吹扫出口
分流出口
F1
玻璃衬管
填充柱
F2
分流/不分流进样口示意图
分流比：
F1
SPL.R＝F1:F2
F2
WBI进样口示意图
用于： 宽孔径毛细管柱 填充柱
OCI/PTV进样口示意图
载气 毛细柱
隔垫吹扫出口 分流出口
1.
Column Sleeve/Guide
进针
退针
减小热进样歧视现象的方法
快速进样法 溶剂冲洗法 热针法
溶剂冲洗法
溶剂 空气 样品 空气
(%)
n-C4
52 51 50 49 48
蒸溜和分 溜减少
n-C9
0.5 1.0 2.0 3.0
4.0 (uL)
冷进样
概念
样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样 (依据溶剂) 气化室快速升温使样品气化
质谱 质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定
来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子 化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同 ，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的 质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 气质联用（GC/MS）
气质联用的有效结合既充分利用色谱的分离能力， 又发挥了质谱的定性专长，优势互补，结合谱库检索，
PTV进样方式
分流进样(高浓度样) 无分流进样 (低浓度样)
大体积进样—LVI (痕量分析)
• OCI柱头进样
只适用于0.53内径的柱子 无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量
一般小于2ul
SPL-无分流进样和 OCI以及 PTV-无分流进样的比较(热分解现象)
氨基甲酸盐农药的热解现象
SplitlessSPL
Cool-oncolumn
SplitlessPTV
进样体积上限
无分流进样 (SPL,PTV)
高压进样 (SPL,PTV)
直接进样（全量进样）
用宽口径毛细柱
冷柱头进样（OCI）
LVI-PTV 进样
空衬管
衬管 + 石英棉
衬管 + 填料
大于
2uL 5uL 3uL
2uL
10uL 50uL 1000uL
管壁涂渍开口柱
毛细管柱管材
熔融石英 – 合成高纯石英
外表面涂覆聚酰亚胺 内表面经化学处理
不锈钢
用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理
固定相
大多数固定相为聚合物
聚硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）
固定相－聚甲基硅氧烷
可以得到较满意的分离机鉴定结果。
气相色谱分离样品的各个组分，起样品制备的作用，接口 把气相色谱流出的各个组分送入质谱仪进行检测，质谱仪 对接口引入的各个组分进行分析，成为气相色谱的检测器 。计算机系统控制色谱仪、接口、质谱仪，进行数据采集 和处理。
GC/MS 联用仪器的基本组成部件
GC基础知识
典型的气相色谱
(OCI-mode)
2.
玻璃衬管 （Glass Insert)
(PTV-mode)
色谱柱的介绍
色谱柱的类型
填充柱
柱材：不锈钢，玻璃 内径：2.6--3mm 长度：0.5--6m 填料：担体和固定液的种类
固定液的浓度 1-30% 担体有硅藻土、玻璃、 石英、塑料担体（TPA） 等。
色谱柱的类型
•毛细柱
色谱过程示意图
分离是如何发生的
色谱是一种分离方法，物质在流动相和固定相之间进行分 配。由于各种物质在固定相中的保留能力不同而形成不同 的流出时间以达到分离。
气固 色谱
(GSC)
流动相 气态
固定相 固态
气液 色谱
(GLC)
气态
液态
GC基础知识
GC基础知识
色谱的热力学理论--塔板理论
理论塔板数N=5.545(tR/WH/2)=L/HETP
20M，OV-17等
固定相膜厚：0.2--5μm
毛细柱主要类型
Packed Capillary
Porous Layer Open Tubular
多孔层开口柱
Wall Coated Open Tubular
GCMS原理与构造
杨晓辉
GCMS的基本流路图
GC
接口
MS
真空系统
数据处理
气相色谱 气相色谱的流动相为惰性气体，气-固色谱法
中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定 相。当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附 剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各 组分在色谱柱中的运行速度也就不同。吸附力弱 的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检 测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来， 因此最后离开色谱柱。如此，各组分得以在色谱柱 中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。
宽口毛细柱和填充柱
冷进样
PTV进样 冷柱头进样(OCI)
歧视效应和热分解
热进样 (SPL, WBI)
存在歧视现象和样品热分解
冷进样 (OCI, PTV)
进样是在较低温度下进行 定量精度高 歧视效应和热解效应的影响小
歧视效应的产生
歧视:
蒸溜现象
形Fra Baidu bibliotek气溶胶 分溜现象
高沸点组分残留
低沸点组分百分比偏高
开始
H
WH/2
H/2
tR
理论塔板数（Ｎ）理论塔板高度 （Ｈ）
理论塔板数N
表示柱效的参数 N越大，柱效越高
理论塔板高度(HETP)
表示柱效的参数（与柱长无关） H越小，柱效越高
色谱的动力学理论—速率理论
Ｖａｎ Ｄｅｅｍｔｅｒ方程
H = A+ B/u + Cu
A ： 涡流扩散项（多途径造成） B ： 纵向扩散项 C: 传质阻力项 u： 载气线速度
概念
气体 载气 -- 用于传送样品通过整个系统的气体。 检测器气体 -- 某些检测器所需的支持气体, 如 FID.
样品引入 将样品蒸汽引入载气的过程。 该过程应对样品蒸汽有最小影响。
色谱柱 实现样品组分的分离。
检测器 对流出柱的样品组分进行识别和响应。
数据采集 将检测器的信号转换为色谱图，以备手动或自动定性、定量分 析之用。
Van Deemter方程式
填充柱
毛细柱
气相色谱质谱仪的基本流路图
载气 控制
MS
数据处 理机
钢瓶He
进样口 色谱柱
气相色谱仪的流动相----载气
高纯氦气（纯度99.999%以上）
气相色谱的进样方式
WBI进样口 毛细柱分流/无分流进样口 冷柱头进样 PTV进样口
热进样和冷进样
热进样
分流/无分流进样(SPL) 直接进样（WBI）
进样口的结构
WBI进样口
毛细柱进样口
载气
隔垫吹扫出口 载气
玻璃衬管
隔垫吹扫出口
分流出口
F1
玻璃衬管
填充柱
F2
分流/不分流进样口示意图
分流比：
F1
SPL.R＝F1:F2
F2
WBI进样口示意图
用于： 宽孔径毛细管柱 填充柱
OCI/PTV进样口示意图
载气 毛细柱
隔垫吹扫出口 分流出口
1.
Column Sleeve/Guide
进针
退针
减小热进样歧视现象的方法
快速进样法 溶剂冲洗法 热针法
溶剂冲洗法
溶剂 空气 样品 空气
(%)
n-C4
52 51 50 49 48
蒸溜和分 溜减少
n-C9
0.5 1.0 2.0 3.0
4.0 (uL)
冷进样
概念
样品是在冷状态--低于样品沸点的温度下进样 (依据溶剂) 气化室快速升温使样品气化
质谱 质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定
来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子 化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同 ，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的 质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 气质联用（GC/MS）
气质联用的有效结合既充分利用色谱的分离能力， 又发挥了质谱的定性专长，优势互补，结合谱库检索，
PTV进样方式
分流进样(高浓度样) 无分流进样 (低浓度样)
大体积进样—LVI (痕量分析)
• OCI柱头进样
只适用于0.53内径的柱子 无分流流路，不能分析高浓度样品（污染柱子），进样量
一般小于2ul
SPL-无分流进样和 OCI以及 PTV-无分流进样的比较(热分解现象)
氨基甲酸盐农药的热解现象
SplitlessSPL
Cool-oncolumn
SplitlessPTV
进样体积上限
无分流进样 (SPL,PTV)
高压进样 (SPL,PTV)
直接进样（全量进样）
用宽口径毛细柱
冷柱头进样（OCI）
LVI-PTV 进样
空衬管
衬管 + 石英棉
衬管 + 填料
大于
2uL 5uL 3uL
2uL
10uL 50uL 1000uL
管壁涂渍开口柱
毛细管柱管材
熔融石英 – 合成高纯石英
外表面涂覆聚酰亚胺 内表面经化学处理
不锈钢
用于高温分析 最不易断裂 内表面经特殊处理
固定相
大多数固定相为聚合物
聚硅氧烷（Polysiloxanes, silicones） 聚乙二醇（Polyethylene glycols, PEG）
固定相－聚甲基硅氧烷
可以得到较满意的分离机鉴定结果。
气相色谱分离样品的各个组分，起样品制备的作用，接口 把气相色谱流出的各个组分送入质谱仪进行检测，质谱仪 对接口引入的各个组分进行分析，成为气相色谱的检测器 。计算机系统控制色谱仪、接口、质谱仪，进行数据采集 和处理。
GC/MS 联用仪器的基本组成部件
GC基础知识
典型的气相色谱
(OCI-mode)
2.
玻璃衬管 （Glass Insert)
(PTV-mode)
色谱柱的介绍
色谱柱的类型
填充柱
柱材：不锈钢，玻璃 内径：2.6--3mm 长度：0.5--6m 填料：担体和固定液的种类
固定液的浓度 1-30% 担体有硅藻土、玻璃、 石英、塑料担体（TPA） 等。
色谱柱的类型
•毛细柱
色谱过程示意图
分离是如何发生的
色谱是一种分离方法，物质在流动相和固定相之间进行分 配。由于各种物质在固定相中的保留能力不同而形成不同 的流出时间以达到分离。
气固 色谱
(GSC)
流动相 气态
固定相 固态
气液 色谱
(GLC)
气态
液态
GC基础知识
GC基础知识
色谱的热力学理论--塔板理论
理论塔板数N=5.545(tR/WH/2)=L/HETP