气质联用仪结构原理

p style=" line-height: 1.5em " & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 气质联用仪是指将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器。质谱法可以进行有效的定性分析，但对复杂有机化合物的分析就显得无能为力 而色谱法对有机化合物是一种有效的分离分析方法，特别适合于进行有机化合物的定量分析，但定性分析则比较困难。因此，这两者的有效结合必将为化学家及生物化学家提供一个进行复杂有机化合物高效的定性、定量分析工具。像这种将两种或两种以上方法结合起来的技术称之为联用技术，将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器叫做气质联用仪。 br/ /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 基本应用 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质联用仪被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。质谱仪的基本部件有：离子源、滤质器、检测器三部分组成，它们被安放在真空总管道内。接口：由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪，接口是气质联用系统的关键。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　GC-MS主要由以下部分组成：色谱部分、气质接口、质谱仪部分(离子源、质量分析器、检测器)和数据处理系统。 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 一、色谱部分 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　色谱部分和一般的色谱仪基本相同，包括柱箱、气化室和载气系统。除特殊需要，多数不再装检测器，而是将MS作为检测器。此外，在色谱部分还带有分流/不分流进样系统，程序升温系统，压力、流量自动控制系统等。色谱部分的主要作用是分离，混合物样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。色谱仪是在常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此，如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置-分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪。如果色谱仪使用毛细管柱，因为毛细管中载气流量比填充柱小得多，不会破坏质谱仪真空，可以将毛细管直接插入质谱仪离子源。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　二、气质接口 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质接口是GC到MS的连接部件。最常见的连接方式是直接连接法，毛细管色谱柱直接导入质谱仪，使用石墨垫圈密封(85%Vespel+15%石墨)，接口必须加热，防止分离的组分冷凝，接口温度设置一般为气相色谱程序升温最高值。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 三、质谱仪部分 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质谱仪既是一种通用型的检测器，又是有选择性的检测器。它是在离子源部分将样品分子电离，形成离子和碎片离子，再通过质量分析器按照质荷比的不同进行分离，最后在检测器部分产生信号，并放大、记录得到质谱图。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 1.离子源 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　离子源的作用是接受样品产生离子，常用的离子化方式有: /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 电子轰击离子化 /strong (electron impact ionization，EI)EI是最常用的一种离子源，有机分子被一束电子流(能量一般为70eV)轰击，失去一个外层电子，形成带正电荷的分子离子(M+)，M+进一步碎裂成各种碎片离子、中性离子或游离基，在电场作用下，正离子被加速、聚焦、进入质量分析器分析。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong EI特点: /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑴结构简单，操作方便。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑵图谱具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供较多信息，对化合物的鉴别和结构解析十分有利。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑶所得分子离子峰不强，有时不能识别。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 化学离子化 /strong (chemicalionization，CI)将反应气(甲烷、异丁烷、氨气等)与样品按一定比例混合，然后进行电子轰击，甲烷分子先被电离，形成一次、二次离子，这些离子再与样品分子发生反应，形成比样品分子大一个质量数的(M+1) 离子，或称为准分子离子。准分子离子也可能失去一个H2，形成(M-1)离子。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong CI特点 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑴不会发生象EI中那么强的能量交换，较少发生化学键断裂，谱形简单。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　⑵分子离子峰弱，但(M+1) 峰强，这提供了分子量信息。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 场致离子化 /strong (fieldionization，FI) 适用于易变分子的离子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、苯丙胺类等。能产生较强的分子离子峰和准分子离子峰。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 场解吸离子化 /strong ( field desorption ionization，FD) 用于极性大、难气化、对热不稳定的化合物。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 负离子化学离子化 /strong (negative ion chemical ionization，NICI)是在正离子MS的基础上发展起来的一种离子化方法，其给出特征的负离子峰，具有很高的灵敏度(10-15g)。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 2.质量分析 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　其作用是将电离室中生成的离子按质荷比(m/z)大小分开，进行质谱检测。常见质量分析器有: /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 四极杆质量分析器(quadrupoleanalyzer) /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　原理:由四根平行圆柱形电极组成，电极分为两组，分别加上直流电压和一定频率的交流电压。样品离子沿电极间轴向进入电场后，在极性相反的电极间振荡，只有质荷比在某个范围的离子才能通过四极杆，到达检测器，其余离子因振幅过大与电极碰撞，放电中和后被抽走。因此，改变电压或频率，可使不同质荷比的离子依次到达检测器，被分离检测。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 扇形质量分析器 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　磁式扇形质量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被电场加速的离子进入磁场后，运动轨道弯曲了，离子轨道偏转可用公式表示:当H，V一定时，只有某一质荷比的离子能通过狭缝到达检测器。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　特点:分辨率低，对质量同、能量不同的离子分辨较困难。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 双聚焦质量分析器 /strong (double-focusing massassay)由一个静电分析器和一个磁分析器组成，静电分析器允许有某个能量的离子通过，并按不同能量聚焦，先后进入磁分析器，经过两次聚焦，大大提高了分辨率。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 离子阱检测器(iontrap detector) /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　原理类似于四极分析器，但让离子贮存于井中，改变电极电压，使离子向上、下两端运动，通过底端小孔进入检测器。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　检测器的作用是将离子束转变成电信号，并将信号放大，常用检测器是电子倍增器。当离子撞击到检测器时引起倍增器电极表面喷射出一些电子，被喷射出的电子由于电位差被加速射向第二个倍增器电极，喷射出更多的电子，由此连续作用，每个电子碰撞下一个电极时能喷射出2~3个电子，通常电子倍增器有14级倍增器电极，可大大提高检测灵敏度。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 真空系统 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　由于质谱仪必须在真空条件下才能工作，因此真空度的好坏直接影响了气质联用仪的性能。一般真空系统由两级真空组成，前级真空泵和高真空泵。前级真空泵的主要作用是给高真空泵提供一个运行的环境，一般为机械旋片泵。高真空泵主要有油扩散泵和涡轮分子泵，目前主要应用的是涡轮分子泵 /p p style=" line-height: 1.5em " 　 strong 　主要性能指标 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　气质联用仪的整体性能指标主要有以下几个：质量范围、分辨率、灵敏度、质量准确度、扫描速度、质量轴稳定性、动态范围。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量范围指的是能检测的最低和最高质量，决定了仪器的应用范围，取决于质量分析器的类型。四极杆质量分析器的质量范围下限1~10，上限500~1200。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　分辨率是指质谱分辨相邻两个离子质量的能力，质量分析器的类型决定了质谱仪的分辨能力。四极杆质量分析器的分辨率一般为单位质量分辨力。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　灵敏度：气质联用仪一般采用八氟萘作为灵敏度测试的化合物，选择质量数272的离子，以1pg八氟萘的均方根(RMS)信噪比来表示。灵敏度的高低不仅与气质联用仪的性能有关，测试条件也会对结果产生一定影响。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量准确度为离子质量测定的准确性，与分辨率一样取决于质量分析器的类型。四极杆质量分析器属于低分辨质谱，质量准确度为0.1u。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　扫描速度定义为每秒钟扫描的最大质量数，是数据采集的一个基本参数，对于获得合理的谱图和好的峰形有显著的影响。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　质量轴稳定性是指在一定条件下，一定时间内质量标尺发生偏移的程度，一般多以24h内某一质量测定值的变化来表示。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　动态范围决定了气质联用仪的检测浓度范围。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 测定方法 /strong /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 总离子流色谱法(totalionization chromatography，TIC) /strong --类似于GC图谱，用于定量。l反复扫描法(repetitive scanningmethod，RSM)--按一定间隔时间反复扫描，自动测量、运算，制得各个组分的质谱图，可进行定性。l质量色谱法(masschromatography，MC)--记录具有某质荷比的离子强度随时间变化图谱。在选定的质量范围内，任何一个质量数都有与总离子流色谱图相似的质量色谱图。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 选择性离子监测(selectedion monitoring，SIM) /strong --对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流检测高2~3个数量级。 /p p style=" line-height: 1.5em " 　　 strong 质谱图 /strong --为带正电荷的离子碎片质荷比与其相对强度之间关系的棒图。质谱图中最强峰称为基峰，其强度规定为100%，其它峰以此峰为准，确定其相对强度。 /p p br/ /p

在四川省内三重四极杆气相色谱质谱联用仪用户数量逐渐增加的背景下，为了提升用户对该仪器的应用水平，岛津公司成都分析中心联合农业部食品质量监督检验测试中心（成都）举办了《三重四极杆气质联用仪GC-MS/MS应用技术提高班》。本次联合培训历时三天，涵盖用户最为关心的如何优化样品前处理过程、优化MRM参数，提高加标回收率，从而评价整个实验过程的可靠性，去发现和解决以往实验中的存在的问题。 在GC-MS/MS应用提高班首日，首先由岛津应用工程师讲解了三重四极杆气质联用仪理论知识与结构部分，内容包括气相色谱不分流进样模式原理、色谱柱类型及选择依据、三重四极杆质谱结构及工作模式、以及MRM参数优化过程，重点介绍了三重四极杆质谱四种工作模式：Q3SCAN\Q3SIM\产物离子扫描\MRM。随后，农业部食品质量监督检验测试中心（成都）的专家进行了《基于质谱法的样品前处理及分析技术》的技术报告，内容涉及农药残留样品前处理过程，提取溶剂的选取、提取方式、提取液的净化方法；其中以GB/T 19648-2006和GB/T 23204-2008两个标准为例，详细介绍了前处理流程，并分享了自己丰富的实际经验。专家以大量的实验数据说明了基质效应对实验可靠性的影响。 培训班现场传真从学员的反馈信息看，通过第一天的理论学习，从根本上理解了TIC图生成过程，分析过程中的基质效应，及其产生的原因和抑制方法，为实验过程的数据采集和数据处理过程建立良好的基础。 GC-MS/MS应用提高班次日的培训内容为白菜样品的前处理实验，实验在农业部食品质量监督检验测试中心（成都）的实验室进行。学员按着标准的SOP过程，通过亲自动手进行样品加标、萃取、过SPE小柱净化、旋蒸浓缩、直至最后上机实验，得到回收率结果，增强了对整个定量过程的理解，对以后的实验过程有很大的指导意义。称取白菜样品 震荡提取农药样品盐析 样品旋蒸SPE净化 GC-MS/MS实验第三天的课程内容是MRM参数优化以及仪器的日常维护与保养。首先通过Q3SCAN数据生成Product ion Scan方法的过程，通过Smart MRM 优化工具生成碰撞电压连续变化的多个方法及批处理文件，批处理表采集标样，使用Smart MRM 优化工具对多个数据自动进行离子对和碰撞电压的优化选择，最后注册到数据库并生成MRM方法。学员感受到岛津GCMS-TQ8040全自动的MRM优化过程，不再需要打开多个数据进行认为的产物离子的强度比较，大量减小了实验人员的工作量，学员不禁感叹“没有数据库，生成MRM方法也是如此方便啊！”最后学员亲自动手进行维护和更换，对硬件有了新的认识，对仪器的维护进一步理解，不会再担心部件的维护及更换会把仪器弄坏，对以后的仪器的正常使用打下基础。 历时三天GC-MS/MS应用提高班圆满结束，学员对样品前处理过程及仪器操作产生了更加深刻的理解。既提高了实际样品检测的能力、分析解决问题的能力，也提升了仪器维护和保养的能力。课后学员普遍反映，课程内容详实全面，GC-MS/MS应用提高班非常有意义。GC-MS/MS应用提高班全体学员合影关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。 更多信息请关注岛津公司网站www.shimadzu.com.cn/an/。 岛津官方微博地址http://weibo.com/chinashimadzu。 岛津微信平台

气质联用仪(GC-MS)具有高灵敏度、高选择性以及定性的专一性和定量分析的准确性，可同时进行定性和定量分析等特点，是进行复杂化合物分离和鉴定的重要工具，在食品、环保、卫生、石油、化工等领域得到了广泛的应用。近年来随着我国经济发展，气质联用仪不仅在研究单位而且在各个行业逐渐成为分析实验室的常规检测仪器。由于气质联用仪是色谱和质谱两种技术的结合，对分析人员的在仪器操作和维护以及应用研究方法的开发中都提出了比较高的要求。为适应广大质谱分析技术工作者的需求，信立方质谱培训中心将于2011年5月23日-27日在北京举办气质联用应用技术培训提高班，欢迎有志提高气质联用技术水平的分析人员来参加。 　　适用对象: 　　使用过气质联用仪6个月以上，对质谱结构及硬件有基本认识，能独立操作仪器进行日常检测的科研工作者及实验室分析人员 　　学习目的: 　　紧密结合问题，讲解仪器的原理和使用技巧，以帮助学员用好仪器为主要目的 　　授课专家: 　　王光辉、苏焕华、金幼菊、李重九 　　咨询方式: 　　Tel: 010-51299927-101，13269178446，010-51413697 　　E-mail: training@instrument.com.cn 课程大纲 一、GC-MS操作参数优化 1、GC操作参数优化 ---载气系统、进样系统 ---分类系统-色谱柱优化 ---常见问题及故障排除 2、MS操作参数优化 ---真空系统维护与检测 ---MS的主要性能指标、MS条件优化 ---常见问题及故障排除 二、GC-MS电离源技术 1、如何获得高质量的EI-MS 谱图 ---平均质谱图的最佳操作步骤 ---重叠峰的拆分，同位素峰分布的检查 ---色谱分析中不分流进样条件的正确选择 ---SIM 分析中特征离子的选择 ---微扫描窗口的作用 2、CI离子化方法的应用领域和使用技巧 ---降低EI 电离电压能否解决无分子峰的问题 ---CI离子化的原理，正/负CI 的选择 ---使用不同反应气进行选择性电离 三、质量分析器噪声排除 1、四级质量分析器噪声来源 ---硬件降低噪声的方法 ---软件降低噪声的方法 ---SIM提高要S/N的原理 四、GC-MS联用技术分析方法的建立及应用 1、GC-MS分析方法的建立 ---影响GC-MS分析方法的要素 ---GC-MS分析方法的建立流程 2、GC-MS分析方法的应用实例及讲评 ---GC-MS全扫描分析方法 ---GC-MS选择离子扫描分析方法 ---GC-MS/MS分析方法 3、GC-MS 分析中常见问题 五、GC-MS数据采集和处理 1、熟练掌握软件功能，高效率获得高质量的分析结果 ---如何获得好的GC-MS谱图 ---MS图、TIC图、MC、MIC图的意义和用途 ---不同扫描方式的参数设置对结果的影响 ---不同扫描方式各种重建离子流图的提取 2、GC-MS定量分析数据的获得 ---GC-MS定量分析的依据-数据的重复性 ---SCAN、SIM、MS/MS方式中的TIC图和MC、MIC图 3、GC-MS定性数据的获得 4、谱库检索（批处理参数设置、结果的判别、NIST库解析） 六、常见硬件故障排除 1、掌握质谱仪故障的简单判断与排除 ---提高仪器的使用效率和降低运行费用 ---电子发射不足、高频电源放电、灯丝易烧断 ---硅氧烷干扰峰的来源 　　更多培训信息请关注仪器信息网培训栏目：http://www.instrument.com.cn/training/.