气质联用分析未知混合物成分及最佳分离条件的选择
气质联用原理及应用
• 气质联用原理介绍 • 气质联用仪器介绍 • 气质联用样品处理技术 • 气质联用应用实例 • 气质联用技术展望
01
气质联用原理介绍
气质联用的定义
气质联用（GC-MS）是一种将 气相色谱（GC）与质谱（MS）
相结合的检测技术。
它通过气相色谱将复杂样品分离 成单一组分，然后利用质谱对分 离后的组分进行鉴定和结构分析。
样品制备
样品净化
去除样品中的杂质和干扰物质，以提高分析的准确性和可靠性。
样品浓缩
将样品中的目标化合物浓缩，以便进行后续的分析。
衍生化技术
衍生化反应
通过衍生化反应将目标化合物转化为更适合分析的形式，以 提高检测的灵敏度和选择性。
衍生化试剂
选择合适的衍生化试剂，以确保衍生化反应的效率和效果。
04
气质联用应用实例
特点。
工作原理
通过电场和磁场将带电粒子分离， 根据粒子质量和电荷比的不同进行 检测。
应用领域
在化学、生物学、医学等领域中用 于鉴定未知物、药物代谢、疾病诊 断等。
接口技术
作用
接口技术是将气相色谱仪与质谱 仪连接起来的关键部件，实现气 相色谱仪的流出物与质谱仪的进
样口的对接。
工作原理
通过高温、高真空条件将气相色 谱仪的流出物进行蒸发和离化，
药物代谢和药效的评估
通过气质联用技术，可以评估药物在体内的代谢和药效，为临床用药提供科学依据。
05
气ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ联用技术展望
技术发展与创新
01
02
03
高效能分离系统
采用更高效的分离柱和先 进的加热技术，提高分离 效率和灵敏度。
新型检测器
开发高灵敏度、高分辨率 的新型检测器，如飞行时 间质谱和离子阱质谱。
气相色谱分析法--分离条件的选择与优化
色谱热力学因素（3）
常用固定液 固定相液的选择
分离非极性物质，一般选 用非极性固定液。 分离极性物质，一般按极 性强弱来选择相应极性的固 定液。 分离非极性和极性混合物 时，一般选用极性固定液。 能形成氢键的试样，一般 选用氢键型固定液。 对于复杂组分，一般可选 用两种或两种以上的固定液 配合使用。
动情况；
与各组分在两相间的传质阻力有关。
色谱热力学因素（1）
分配系数K：平衡状态时，组分在固定相与流动相中的浓度比 。
两组分分配系数不同，则在色谱柱中有不同的保留值，因而就以
不同的速度先后流出色谱柱，从而达到分离。 组分分子结构不同，组分性质不同，则相应的分配系数也不同， 这是色谱分离的基础。
1 M 载气
；
M载气↑，B值↓。
色谱动力学因素（4）
传质阻力
传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即： C =（Cg + CL）
2 0.01k d f Cg 2 (1 k ) Dg
d2 2 k f CL 3 (1 k ) 2 DL
k为容量因子； Dg /DL为扩散系数。 减小担体粒度，选择小分子量的气 体作载气，可降低传质阻力。
分离操作条件的选择（1）
载气流速的选择
较高 载气 流速 较低 传质阻力项是影响柱效的主 要因素，流速，柱效。 分子扩散项成为影响柱效的 主要因素，流速,柱效。 u有一 最佳值
H＝A
B Cu u
H~u曲线的绘制 最佳载气流速的获取 实际载气流速的选择
分离操作条件的选择（2）
气相色谱分析法
分离条件的选择与优化
吴朝华
问题引入
请仔细观察右面的4个色谱分离图，
实验十三-气质联用分离测定有机混合体系
实验十三、气质联用分离测定有机混合体系一、实验目的和要求（1）掌握GC-MS的基本原理。
（2）了解GC-MS的基本构造、分析条件的设置和工作流程。
（3）掌利用GC-MS对有机物进行定性定量分析的方法。
二、实验原理本实验采用液-液萃取和液-固萃取两种方法，从环境水样中提取多种有机氯农药，如BHCs、DDT及其降解产物DDE和DDD、艾氏剂、狄氏剂等，经GC-MS 分析测定。
通过固相萃取硅胶小柱分离、GC-MS选择离子检测法（SIM）消除共存成分的干扰。
在GC-MS仪中，样品首先经过气相色谱柱被分离成单一组分，再进入质谱计的离子源，在离子源中，样品分子被电离成离子，离子经过质量分析器之后即按照m/z顺序排列成谱。
经检测器检测后得到质谱，计算机采集并储存质谱，经过适当处理即可得到样品的色谱图、质谱图等信息。
经谱库检索后可得到化合物的定性结果，由色谱图还可以进行各组分的定量分析。
该方法适用于环境水样（包括地表水、地下水和海水等）中有机氯农药的监测，测量范围在每升几纳克到几百纳克数量级。
单个有机氯农药的GC-MS检测限和最低定量浓度见表7-1。
三、实验仪器和试剂1、仪器（1）气相色谐质谱联用仪（GC-MS），EI源。
（2）自动进样器。
（3）固相萃取浓缩装置（加压型或减压型）。
（4）旋转蒸发器。
（5）1~2L分液漏斗。
（6）300mL三角烧瓶。
（7）300mL，茄形瓶。
2、试剂（1）溶剂。
残留农药分析纯，包括丙酮、正已烷和乙酸乙酯。
（2）氯化钠。
优级纯，在350℃下加热6h，除去吸附在表面的有机物，冷却后保存于干净的试剂瓶中。
（3）无水硫酸钠。
分析纯，在350℃下加热6h，除去水分及吸附于表面的有机物，冷却后保存于干净的试剂瓶中。
（4）硅胶小柱。
Bond Elut JR SI Silica Gel，Varian或Waters Sep-pak Plus Silica Car-tride（美国）。
（5）固相萃取小柱。
气质联用仪操作规程
5973N+6890N气相质谱联用仪操作规程一、开机1、打开载气（He）钢瓶控制阀，设置分压阀压力至0.5MPa。
2、打开计算机，登录进入Windows 2000系统。
3、打开GC、MSD主机电源，等待仪器自检完毕。
4、在桌面双击图标，进入MSD化学工作站。
5、查看仪器状态及真空泵运行状态。
5.1 在为MSD抽真空之前，请确保您的系统满足如下全部条件：5.1.1 放空阀关闭（顺时针旋紧放空阀）5.1.2 所有其他真空垫圈和配件均被放置和紧固好（前面板手紧螺母必须上好，但不要太紧）5.1.3 连接MSD到一个接地电源。
5.1.4 GC/MSD接口装入柱箱。
5.1.5 老化好的毛细管柱被装在GC进样口和GC/MSD接口上。
5.1.6 启动GC，但并不启动GC/MSD接口加热区域、进样口部件和色谱柱箱。
5.1.7 连接纯度至少为99.999%的载气到带有推荐的吸附阱的GC上。
5.1.8 如果使用氢气作载气，载气流必须是关闭的。
5.1.9 前置泵排气妥善排到室外。
5.2在开载气流之前禁止开任何加热区域。
没有载气流，加热柱子，将导致柱子的损坏。
二、调谐调谐应在仪器至少开机2个小时后方可进行，若仪器长时间未开机，则建议将此时间延长至4小时。
1、使用自动调谐：1.1 自动调谐：在全扫描范围内的得到最大灵敏度。
1.2 标准谱图调谐：在全扫描范围内得到标准灵敏度。
虽较自动调谐灵敏度稍低，但与谱库中标准谱图的匹配度更高，适合与谱库检索和定性。
1.3 快速调谐：调谐质量轴、峰宽和EM电压，以得到最佳灵敏度和分辨，以及精确测定质量数。
当调谐的质量的同位素丰度在可接受的范围内，一般使用快速调谐做为日常调谐。
2、使用手动调谐：手动调谐允许对话式的设置、修整某些参数，以便满足特殊分析的需要。
用手动调谐可达到比自动调谐更高的灵敏度。
三、GC配置编辑1、自动进样器配置设定：1.1进样量1.2溶剂清洗模式2、模块配置设定2.1 进样口、检测器、PCM等的气体类型。
气相色谱法分离条件的选择1
1.从分离方程式选择实验条件：
（一）提高α α决定于试样中各组分本身的性质， 以及固定相和流动相。
• 范氏方程：
H=A+ B/u + Cu
b. u B
C
传质阻力项为主；选用分子量较小的 气体，如H2，He,使组分有较大的扩散 系数，提高柱效。 通常：u最佳实用>u最佳 选择载气还应与检测器相匹配。
3.柱温的选择
柱温是一个重要参数，直接影响分 离效能和分析速度。
柱温升高的影响：
1）提高分析速度，缩短分析时间； 优 2）使气液传质速率加快，可降低塔 点
α越大，固定液的选择性越好，R越大。 α=1，R=0，两组分不可能分离。
提高α的方法： 1）改变固定相和流动相的组成和性质； 2）降低柱温
(二)提高k: k大，R大。 k与固定液的用量和分配系数有关， 并受柱温的影响。 增加固定液的用量，可增大R ，但会 延长分析时间，引起色谱峰展宽。
提高k的措施： 通过改变柱温和流动相组成，将k值 控制为2～10。
及容量因子(k)的关系式。
理论塔板数 第二组分的容量因子
R n α 1 k2 4 α 1 k2
分配系数比
ab c a:柱效项，b:柱选择性项，c:柱容量项
K、n、α对色谱峰的 影响
增加k,分离度增加， 峰明显变宽；
增加 n,峰变窄，但改 善分离度；
增加α，增加分离度， 峰宽度不变。
二、实验条件的选择
(2)小内径毛细管柱(microbore column):内径小 于100μm,一般为50μm的弹性石英毛细管。
气相色谱-质谱联用技术定性鉴定混合溶剂的成分
实验七气相色谱-质谱联用技术定性鉴定混合溶剂的成分I.实验目的（1）了解气相色谱-质谱联用技术的基本原理；（2）学习气相色谱-质谱联用技术定性鉴定的方法；（3）了解色谱工作站的基本功能。
II. 实验原理质谱法是一种重要的定性鉴定和结构分析方法，但没有分离能力，不能直接分析混合物。
色谱法则相反，它是一种有效的分离分析方法，特别适合于复杂混合物的分离，但对组分的定性鉴定有一定难度。
如果把这两种方法结合起来，将色谱仪作为质谱仪的进样和分离系统，即混合试样进入色谱柱分离，得到的单个组分按保留时间的大小依次进入质谱仪测定质谱，这样就可以实现优势互补，解决复杂混合物的快速分离和定性鉴定。
气相色谱-质谱联用（GC-MS）于1957年首次实现，并很快成为一种重要的分析手段广泛应用于化工、石油、食品、药物、法医鉴定及环境监测等领域。
气相色谱-质谱联用的主要困难是两者的工作气压不匹配。
质谱仪器必须在10-3~10-4Pa 的高真空条件下工作，而气相色谱仪的流出物为常压（约100kPa），因此需要一个硬件接口来协调两者的工作条件。
当气相色谱仪使用毛细管柱时，因为每分钟几毫升的流量不足以破坏质谱仪的真空状态，所以可直接与质谱仪联用。
挥发性混合物从气相色谱仪进样，经色谱柱分离后，按组分的保留时间大小依次以纯物质形式进入质谱仪，质谱仪自动重复扫描，计算机记录和储存所有的质谱信息，然后将处理结果显示在屏幕上。
质谱仪的每一次扫描都得到一张质谱图，色谱组分流入时得到的是组分的质谱图，没有色谱组分时得到的是背景的质谱图，计算机将质谱仪重复扫描得到的所有离子流信号（不分质荷比大小）的强度总和对扫描信号（即色谱保留时间）作图得到总离子流图，总离子流强度的变化正是流入质谱仪的色谱组分变化的反映，所以在GC-MS中，总离子流图相当于色谱图，每一个谱峰代表了一个组分，谱峰的强度与组分的相对含量有关。
下图是混合溶剂试样的总离子流图（a）和其中第4号峰的质谱图（b）。
气质联用分析未知混合物成分及最佳分离条件的选择
气质联用分析未知混合物成分及最佳分离条件的选择[摘要] 本文是利用GC/MS对生物碱进行分离，运用质谱库进行检索筛选得到混合物的主要成分。
探讨了不同的升温程序，柱前压与流速，进样口温度，接口温度，分流比等参数对分离效果的影响。
实验结果表明，温程序和柱前压与流速对分离效果影响最大，进样口温度，接口温度对分离效果影响较小。
[关键词] 气相色谱-质谱联用；最佳分离条件；成分；影响1.引言GC/MS技术是化学工作者分离有机混合物常用的手段。
色谱-质谱联用技术既发挥了色谱法的高分离能力，又发挥了质谱法的高鉴别能力。
这种技术适用于做多组分混合物中未知组分的定性鉴别，可以判断化合物的分子结构，可以准确的测定未知组分的分子量，可以修正色谱分析的判断错误，可以鉴定出部分分离甚至未分开的色谱峰。
特别是近年来计算机技术的发展，使GC/MS仪使用更为方便，简单，快捷。
本文是利用GC/MS对未知样品（生物碱）进行分离，从而得到它的最佳分离条件，运用质谱库进行检索筛选得到混合物的主要成分，并且进一步探讨了不同的升温程序，柱前压与流速，进样口温度，接口温度，分流比等参数对分离效果的影响。
分离条件的探索对混合物的分离有重要的指导意义。
对分离其它样品具有极大的参考价值。
2.实验部分2.1样品的性质和仪器参数样品来源于从植物的茎叶中提取的生物碱。
柱温选择在50-260℃。
仪器：GC/MS-QP2010 ，He气源（99.999％），毛细管色谱柱DB-5MS （30m×0.25mm×0.25um）。
2.2最佳分离条件的探索与讨论2.2.1升温程序仪器参数：①GC：注射模式：分流; 分流比：20/1; 柱前压：100.1Kpa;流速：1.69ml/min；进样口温度：200℃②MS：离子源温度：200℃；检测范围：35—550；去溶剂峰：2min接口温度：250℃；检测器电压：1000kv升温程序对分离效果有显著的影响。
气质联用样品处理方法
气质联用样品处理方法
样品处理在气质联用分析中起着至关重要的作用。
良好的样品处理方法可以提高分析结果的准确性和可重复性。
以下是一些常用的气质联用样品处理方法：
1. 溶剂提取：对于非极性或部分极性化合物，可以使用溶剂提取的方法。
将待分析样品与合适的溶剂混合，利用溶剂与目标化合物的亲和性差异，将目标化合物从混合物中分离出来。
可以采用常规液液萃取、固相萃取等不同形式的溶剂提取方法。
2. 离子对萃取：对于离子性化合物，可以采用离子对萃取的方法。
通过添加具有相反电荷的离子对其进行络合，使目标离子从样品中分离出来。
离子对萃取可以通过添加离子对试剂或采用离子交换树脂的方式进行。
3. 蛋白质沉淀：当分析对象是蛋白质时，可以采用蛋白质沉淀方法进行样品处理。
常用的蛋白质沉淀方法有盐析法、醇沉法等。
通过调节盐浓度或添加适当的有机溶剂，蛋白质会从溶液中沉淀下来，从而便于后续的分析操作。
4. 衍生化处理：有些化合物在气相色谱柱上不易分离或不易检测，需要进行衍生化处理。
衍生化处理可以增强化合物的挥发性、稳定性、检测性等。
常用的衍生化试剂包括甲醇酸、硅酸酯、乙酰化试剂等。
5. 固相微萃取：固相微萃取是一种新型的样品前处理技术，可以实现样品的快速富集和分离。
通过将固相材料（如聚合物、纳米材料等）与待分析样品接触，从样品中吸附、浓缩目标化合物，然后通过洗脱、溶解等步骤将其释放出来。
以上是一些常用的气质联用样品处理方法，选择合适的样品处理方法可以提高气质联用分析的灵敏度、选择性和准确性。
具体选择哪种方法需要根据待分析的化合物性质和样品类型等因素综合考虑。
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气质联用分析未知混合物成分及最佳分离条件的选择[摘要] 本文是利用GC/MS对生物碱进行分离，运用质谱库进行检索筛选
得到混合物的主要成分。
探讨了不同的升温程序，柱前压与流速，进样口温度，接口温度，分流比等参数对分离效果的影响。
实验结果表明，温程序和柱前压与流速对分离效果影响最大，进样口温度，接口温度对分离效果影响较小。
[关键词] 气相色谱-质谱联用；最佳分离条件；成分；影响
1.引言
GC/MS技术是化学工作者分离有机混合物常用的手段。
色谱-质谱联用技术既发挥了色谱法的高分离能力，又发挥了质谱法的高鉴别能力。
这种技术适用于做多组分混合物中未知组分的定性鉴别，可以判断化合物的分子结构，可以准确的测定未知组分的分子量，可以修正色谱分析的判断错误，可以鉴定出部分分离甚至未分开的色谱峰。
特别是近年来计算机技术的发展，使GC/MS仪使用更为方便，简单，快捷。
本文是利用GC/MS对未知样品（生物碱）进行分离，从而得到它的最佳分离条件，运用质谱库进行检索筛选得到混合物的主要成分，并且进一步探讨了不同的升温程序，柱前压与流速，进样口温度，接口温度，分流比等参数对分离效果的影响。
分离条件的探索对混合物的分离有重要的指导意义。
对分离其它样品具有极大的参考价值。
2.实验部分
2.1样品的性质和仪器参数
样品来源于从植物的茎叶中提取的生物碱。
柱温选择在50-260℃。
仪器：GC/MS-QP2010 ，He气源（99.999％），毛细管色谱柱DB-5MS （30m×0.25mm×0.25um）。
2.2最佳分离条件的探索与讨论
2.2.1升温程序
仪器参数：
①GC：注射模式：分流; 分流比：20/1; 柱前压：100.1Kpa;
流速：1.69ml/min；进样口温度：200℃
②MS：离子源温度：200℃；检测范围：35—550；去溶剂峰：2min
接口温度：250℃；检测器电压：1000kv
升温程序对分离效果有显著的影响。
所以选择适宜的升温程序最为重要。
拟采用如下升温程序：
升温程序一：初温50℃，以10℃/min 的升温速率升至200℃，保留30min；结果发现，在保留时间为20min时，峰较多，可能出峰不完全，所以应该提高柱温。
在20min以前出峰较少，间距太宽，所以应该增加升温速率。
升温程序二：初温50℃，以12℃/min 的升温速率升至200℃，以2℃/min 的升温速率升至220℃保留10min；结果发现，在保留时间为17min时，出峰较多，没有分开。
要使分离效果更好，在210℃时采用降温程序。
升温程序三：初温50℃，以10℃/min 的升温速率升至210℃，以-5℃/min 的降温速率降至190℃，以20℃/min 的升温速率升至240℃；结果发现，降温使分离效果明显变好，但是出峰不完全，为此，需增加保持时间。
在10min以前出峰太少，间距较大，可以增加升温速率缩短间距。
升温程序四：初温50℃，以15℃/min 的升温速率升至210℃，以-5℃/min 的降温速率降至170℃，以20℃/min 的升温速率升至240℃，保留5min；结果发现，16min之前峰间距得到改善，趋于合理，在15min以后出峰较少，应增加升温速率。
升温程序五：初温50℃，以15℃/min 的升温速率升至210℃，保留2min，以-6℃/min 的降温速率降至180℃，以40℃/min 的升温速率升至260℃，保留3min；结果发现，各组分得到很好的分离，峰较窄，峰之间分布合理，此程序最佳。
2.2.2初温对分离的影响
选择柱的初温为35、50、80℃，其他参数相同。
结果表明，初温低时分离效果明显不好，初温高时很多组分无法检测，峰少，分离效果不好。
所以选择50℃分离效果最好。
2.2.3重现性
按保留时间计算离子流图的重现性（选择四组峰计算），由计算可知总离子流图的重现性都小于1％所以认为重现性合乎要求。
2.2.4柱前压和载气流速
选择柱前压为80、100、110℃，其他参数同程序升温五。
结果表明，柱前压和载气流速对分离效果有很大的影响。
比较不同的柱压80Kpa,100Kpa,110Kpa所分离的离子流图，表明当柱压为100Kpa时分离效果最好。
2.2.5进样口温度
选择进样口温度为180、200、230℃，其他参数同程序升温五。
结果表明，进样口温度对分离效果影响较小。
2.2.6接口温度
结果表明接口温度对分离效果影响较小，对不同接口温度200℃，230℃，250℃的总离子流图比较可知，当接口温度为250℃时分离效果最好。
2.2.7分流比
常见分流比在30∶1～200∶1。
在如此宽的范围内，对性质不同的样品必然存在一个最佳分流比。
在气相色谱分析中，样品沸点是重要参数之一，在进样分流过程中也是不可忽视的。
高沸点样品，大多分子量及分子体积较大，其在气相中扩散速度相对较慢,而样品中较低沸点组分扩散速度相对较快。
若采用大分流比，将使样品中低沸点组分较多优先分流出去，结果使得含量少的组分分析结果偏低，有的甚至不出峰，对于低沸点样品，其分子量、分子体积较小，在气相中扩散速度较快，若采用小分流比，将造成主体成分超载出现平顶峰而产生误差。
主峰附近的小峰被“兼并”或不能基线分离，每次被“兼并”或分离不佳的程度不同,致使精密度下降。
若采用稍大分流比可减少此现象产生。
经过不同分流比10/1，20/1，30/1的分离总离子流图比较，当分离比为20/1时分离效果最好。
3.结论
通过以上分析，得到样品的最佳分离条件是：
升温程序：初温50℃，以15℃/min 的升温速率升至210℃，保留2min，以-6℃/min 的降温速率降至180℃，以40℃/min 的升温速率升至260℃，保留3min。
柱压100KPa，进样口温度为200℃，接口温度为250℃，分流比为20/1，分析柱为DB-5MS（30m×0.25mm×0.25um）
在最佳分离条件下上得到总离子流图见图1。
对分离出的20多个化合物分析筛选，得到未知混合物的成分（见表1）。