〓疯子哥〓
第1楼2009/09/08
气相色谱与质谱检测器之间的连接
就如前面所说的,携带并推动混合物组分在气相色譜柱中流动的是一种气体,通常是氦气。流动相气体的流速在与大气压相同或接近时,通常在0.5-3.0mL/min之间。气体流出毛细柱后进入质譜检测器的离子源。气质联用仪的离子源的操作条件分别是:电子离子化源氦气流量1.0 ml/min,真空度2×10-5 Torr;化学源氦气流量1.0 ml/min,真空度3×10-4 Torr。
在色譜柱末端与离子源巨大的气压变化在成了相当于几公升每分钟的气流。因此必须用一个功率强劲的真空泵将离子源附近的过剩气体抽出以保持最适宜源电离化的真空度。
在现代的气质联用装置中,毛细色谱柱和高速真空泵的应用可以使色谱柱的末端确实精确的确保离子源运转的条件。而在老式的气质联用仪中,由于较大的载气流量,所以必须在色谱柱末端和源之间设置一个接口(起到分流作用)装置。
这个接口或分流器要移除大部分的气相色谱载气,同时又不能将洗脱的即将进入离子源的混合物组分也去除。有关的方法仍在研究当中,现行的通常是采用喷射式分流器将多余的载气加以滤除。
质譜的记录
在任一种混合物组分被洗脱分离并进入离子源时,它通常被电子束离子化(电子离子化)或被化学气体电离(化学离子化),所产生的离子被质谱检测器捕获并绘制出该物质的质谱图(图5.)。
对于毛细管色谱柱,单一的混合物组分在被洗脱的持续时间很短。因此,任何进入离子源的组分的量都不是一直恒定不变,它会随着时间而变化,从零开始,快速的上升到最大再迅速的降低为零。这个过程通常只会持续几秒种的时间,在比这更短的质谱最短扫描时间里,检测器会实时的记录绘制该物质的质谱图。
如果物质通过离子源的时间小于质谱最短扫描时间,气质联用设备将无法准确的绘制该物质的质谱图。这是因为,在质谱检测器的一个扫描过程中,物质的量(或浓度)会不断的下降。这种洗脱组分浓度的变化会导致质谱图的失真而无法准确定性该组分(图6.)。上述问题可以通过加快质谱检测器的最短扫描时间以使洗脱组分的浓度在一个扫描持续的时间里基本保持不变。
对于四级质谱检测器,这种快速扫描并不难做到。它仅需要工作电压的细微改变,而这种改变只需很短的时间。这也是四级质谱检测器在气质联用仪上得到广泛应用的重要原因。在早期应用广泛的磁场型质谱检测器中,由于严重的磁滞现象而使所需要的扫描速度得不到满足。随着现代电磁学技术的进步,新一代的质谱检测器几乎.可以忽略磁滞现象而获得很高的扫描速度。
向上面所述的,进入离子源的洗脱组分浓度在上升和下降的过程中会经过一个最高点。通常,经过离子源的物质浓度越高,绘制的质谱图也会越准确。这提示进行扫描记录的最好时间是临近物质进入离子源浓度最高点左右的时间(该组分的色谱峰左右的位置)。仪器操作员应该持续的观察色谱图的变化,选择记录质谱图的最好时机。
解决上述问题的最好办法莫过于使质谱检测器持续的扫描。混合物注入色谱柱的同时,在预先设定好的质核比范围(例如50-500质核比单位)和时间间隔(如,每1/2秒一次)。这样,在色谱图记录的同时质谱检测器不断重复的扫描,因此将同时获得数以百计的质谱图,均记录在获得的数据中(图7)。由于流过质譜检测器的数据流非常大,所以一定要借助计算机的微型处理器来处理。
在一次质譜记录过程中,所有的数据都已大量质譜图综合在一起的形式存储在计算机硬盘的制定空间里。这些譜图可以放大。例如,可以选定色譜峰附近的几个扫描(如图7中的扫描3和4),将得到的质譜图显示或打印出来。在默认的状态下,计算机会会将所有的离子峰加入到扫描预设中并给出一个各离子流量综合的质譜图,并在软件中绘制出以经过的时间为X轴,以总离子流量为Y轴的图,称为总离子流图(TIC)。该图包含了所有洗脱混合物组分全部信息。记录这些数据有许多其他的优点。
〓疯子哥〓
第2楼2009/09/08
扫描数据的处理
一些利用采集数据的方法,下面简要的说明一下。
背景扣除
气相色譜运作一般都需要较高的温度。在一定范围内,这样会导致毛细柱内壁的液态涂层的汽化并随着气体流动相逐渐的被洗脱出来。这种现象被称为柱流失。显然,如果毛细柱的液态固定相不断被洗脱,大量的涂层组分将会到达离子源并被记录,甚至没有待检测的洗脱组分进入离子源时也有大量的柱流失分子。因为质谱检测器的扫描不间断的进行导致检测器记录柱流失也是持续的。因此,质谱检测器所记录的洗脱组分将由于柱流失组分的掺杂而不纯。
幸运的是,对于计算机来说,从混合的谱图中提取出已知的柱流失谱图以便于得到所需的流出组分的真实谱图相当的简单。这种操作被称为背景扣除,一般是在谱库搜索之前或是谱图
在被打印之前进行(图8.)。
组分的定性
当得到洗脱组分精确的质谱图后,下一步就是通过质谱跳跃或谱库搜索的技术来确认组分的身份,即定性。绝大多数现代的气质联用仪,其操作软件均带有由成千上万中已知组分的质谱图所组成的谱库(例如,NIST谱库)。通常谱库中会包含60,000 - 220,000中已知物质的谱图,涵盖了绝大部分分析工作中可能遇到的可挥发纯净物。借助计算机中的特殊的搜索程序软件,把待测混合物洗脱组分的质谱图与谱库中的每一个质谱图进行比较,这些巨大的数据库可以得到快捷方便的应用。然后,计算机会给出一个该组分的质谱图与谱库中物质匹配程度的清单。在参考了谱图吻合度和色谱图上该物质的保留时间等因素后,大多数情况下这种未知组分都能得到定性和确认。
分辨率的提高
有时,在色谱图上一个单独的峰可能包含了不只一种物质,有可能是多种性质相近而较好分离的两种、三种、乃至多种组分的混合物。在气质联用仪中,通过对色谱峰处扫描方法的改进和一些简单的数学运算,计算机可以发现多种组分的共存在一个色谱峰中,并且给出各个组分的质谱图。这是一种对仪器分辨率的改进。气质联用仪可以做到单独气相色谱或质谱检测器均无法做到的事。事实上,质谱检测器提高了气相色谱的分辨率(图9.)
同一族化合物的定性
可能会有一组化合物,分子式可以表示为RX,其中R基部分所有的本组化合物均相同,而X基各不相同,这样一组化合物可以称为一族化合物。在这样一族化合物中,它们相同的R基经过离子源后会产生相同特征离子,也就是说,本族中所有的成员经过质谱检测器后得到的质谱图中都有莫一种特定质核比的离子出现高浓度。当该族中的莫一种化合物经气质联用后,获得的质谱图都会或多或少的有一定的相似。因此,即使该族中莫一化合物与其他的化合物混合在一起,仍能通过本族共有的特征离子而快速的识别。基本上,质谱检测器对除了含有R基的化合物没有响应。这种选择性的色谱图被称为质量色谱图,它将有利于洗脱组分的检出而不需要对整个谱图范围进行监测(图10.)。
化合物的准确定性
在与上述有些接近的分析过程中,得到的数据不仅仅能识别某一系列的化合物,还能进一步确定该物质准确的分子式。例如,任何含有氯原子的化合物能在质谱图上清楚的显示,因为天然的氯原子含有两种同位素-Cl35和Cl37,两者的存在比例为3:1。因此,它的质谱图上将有两个选择离子通道(35+2=37)按3:1的比例分配。计算机将很容易的记录下这些含有以3:1比例分布的两种离子扫描(图11.)。
这种只选择合适的离子通道进行检测的方法称为选择离子记录(SIR)或选择离子监视(SIM)。
监测离子通道的选择可以有一个,两个,三个或更多(多离子通道记录)。事实上,明智的选择监测离子通道将可以大幅的提高仪器的分辨率,甚至一些以前在总离子流图上无法分离的组分也可以得到很好的分离和定性定量。这种功能强大的方法经常应用于及其复杂混合物的分析。它可以从两种色谱峰位置十分接近而不易分离的两种混合物中含量较小的组分分离并定量。这种方法现在广泛应用于运动员或赛马体液中违禁药物的检测。
结论
将一个气相色谱仪和一个适合的质谱检测器连接在一起,并配以专门的操作程序软件,就组成了功能强大气相色谱/质谱检测仪。科技高度发达的今天,气质联用分析方法广泛应用在复杂混合物的分离,混合物组分鉴别定性和定量。这种技术的应用前景将更加广阔。
术语及缩写
本书中所用到术语及缩写可见Clarus 500 GC/MS Hardware Guide (P/N 0993-4559)中的第三章气质联用术语及名词缩写表中。
GC/MS基础介绍书目
Message, Gordon M. Practical Aspects of Gas Chromatograph/Mass Spectrometry. John Wiley & Sons, 1984.
Middleditch, Brian S. Practical Mass Spectrometry. Plenum Press, 1979.
Watson, J. Throck. Introduction to Mass Spectrometry. Raven Press, 1985.
Davis, Reg, and Frearson, Martin. Mass Spectrometry: Analytical Chemistry by Open Learning. edited by F. Elizabeth Prichard. John Wiley & Sons, Pub., 1987.
Dawson, Peter H. (Editor). Quadrupole Mass Spectrometry and Its Applications. Amer Inst of Physics, 1995.
Harrison, Alex G. Chemical Ionization Mass Spectrometry. CRC Press, 1992.
质谱检测器参考书目
McLafferty, F.W. Interpretation of Mass Spectra. University Science Books, 4th ed., 1993.
McLafferty, Fred W. and Venkataraghaven, Rengachari. Mass Spectral Correlations 2nd Ed. American Chemical Society, Advances in Chemistry Series #40, 1982.
Clarus 500气相色谱的触摸屏
Clarus 500 GC的操作采用的是触摸屏。本机的触摸屏是您和仪器之间的交流界面,它能使您更加容易和方便的操纵仪器、进行分析工作。您可以用您的手指或随机附带的触摸笔轻点触摸屏的敏感区域进行操作。但最好不要使用锐利坚硬的物体操作以免划伤触摸屏,另外也不可用力的触摸或点击,只需轻点屏幕特定区域即可。在您的操作过程中,有些操作可能会需要一些时间来完成,请您耐心的等待一个操作的完成再进行另一个操作,不可胡点乱点。
本机的触摸屏包括许多的子界面,您可能会需要用到其中许多界面形式来建立方法进行分析,这些界面形式包括:
登陆界面:通过该界面允许您登陆本机。
按钮:可以让您开始或结束某个动作,也可以显示一些会话界面。
选择按钮:允许您选择某一列表中的选项。
带框按钮:允许您开启或关闭某功能。
Clarus 500气相色谱的运作由一系列设置参数组成的执行方法(Active Method)所控制。您可以建立和储存在最多五种方法,其中第五种方法是为色谱软件TotalChrom预设的方法,但可以覆盖。五种方法种您可以选择其中任一种方法作为执行方法加载。
上图中的状态屏幕显示了操作界面板块组成。在状态屏幕当中,单击一些对应的图标可以进入系统的主要几个功能区。最上边的两个图标分别代表运行设置和信号记录。中间左边为进样口图标,右边为检测器图标。其类型均有相应的图形和名称显示。上手代表A通道,下手代表B通道。正中间是柱温箱设置,在其下面是辅助设备设置(如果您设置了辅助设备)。中间部分的每一个图标的右下角都有一个小灯,当灯为红色并闪动时代表相关设备没有准备好,而持续点亮的绿灯表示相关设备已准备就绪。
〓疯子哥〓
第3楼2009/09/08
〓疯子哥〓
第4楼2009/09/08
〓疯子哥〓
第5楼2009/09/08
〓疯子哥〓
第6楼2009/09/08
将新的毛细色谱柱与gc进样口连接
CAUTION:为保证质谱检测器不受污染,请在进行操作时佩戴无麻手套。
如果您想了解详细的操作规程,请参看第六章(Installing a Capillary Column, in the Clarus 500 gc Hardware Guide (P/N 09936591)。下面列出本操作的规程:
1,取出现在安装的进样口内衬管。
2,为您的分析选择合适的内衬管类型。
3,用硅烷化的石英毛填充内衬管(根据您所要进行的分析而定)。
4,重新安装进样口。
本步骤描述了如何将毛细柱与分流/不分流(CAP)进样口相连。有关与PSS或POC进样口连接的方法请查看第六章的Installing a Capillary Column of the Clarus 500 gc Hardware Guide.
CAUTION:进样器包含一个易碎的1/16英寸附件。为防止附件的完整性:
1) 小心的将附件上的螺母旋紧。
2) 不要将螺母旋的太紧而导致螺纹损坏。
在旋上螺母之前允许进样器充分冷却。
1) 将毛细柱的一段约20cm(8英寸)的一段拉直。
2) 在毛细柱的一端嵌入一个高温隔膜、一个1/16英寸的柱螺母(P/N 09903392),和一个1/16英寸的石墨环(直径0.8 mm,P/N 09920107;直径0.25 mm,P/N 09920104或直径0.325 mm,P/N 09920105)
CAUTION:为确保离子源不受污染,请在操作过程中佩戴无麻手套。不要用赤裸的手指触摸石墨环,并确保石墨环的锥形头如下面图中所示的那样正对柱螺母。
3) 利用薄片划柱器(P/N N9301376, 十片装)将毛细柱的末端约1cm(3/8英寸)处切割出一个划痕。将毛细柱在划痕处折断以使断口能够平滑干净。用放大镜检查切口并且与图19中的标准切口进行对比。