質(zhì)譜法可以進(jìn)行有效的定性分析，但對(duì)復(fù)雜有機(jī)化合物的分析就顯得無能為力；而色譜法對(duì)有機(jī)化合物是一種有效的分離分析方法，特別適合于進(jìn)行有機(jī)化合物的定量分析，但定性分析則比較困難。因此，這兩者的有效結(jié)合必將為化學(xué)家及生物化學(xué)家提供一個(gè)進(jìn)行復(fù)雜有機(jī)化合物高效的定性、定量分析工具。像這種將兩種或兩種以上方法結(jié)合起來的技術(shù)稱之為聯(lián)用技術(shù)，將氣相色譜儀和質(zhì)譜儀聯(lián)合起來使用的儀器就叫做氣質(zhì)聯(lián)用儀。

氣質(zhì)聯(lián)用儀被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的分離與鑒定，其具有GC的高分辨率和質(zhì)譜的高靈敏度，是生物樣品中藥物與代謝物定性定量的有效工具。

質(zhì)譜儀的基本部件有離子源、濾質(zhì)器、檢測(cè)器三部分組成，它們被安放在真空總管道內(nèi)。接口由GC出來的樣品通過接口進(jìn)入到質(zhì)譜儀，接口是氣質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。

按質(zhì)量分析器的工作原理可分四極桿氣質(zhì)聯(lián)用儀離子阱氣質(zhì)聯(lián)用儀、飛行時(shí)間氣質(zhì)聯(lián)用儀、傅里葉變換氣質(zhì)聯(lián)用儀等。其主要由以下部分組成：色譜部分、氣質(zhì)接口、質(zhì)譜儀部分(離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

色譜部分

和一般的色譜儀基本相同，包括柱箱、氣化室和載氣系統(tǒng)。除特殊需要，多數(shù)不再裝檢測(cè)器，而是將MS作為檢測(cè)器。此外，在色譜部分還帶有分流/不分流進(jìn)樣系統(tǒng)，程序升溫系統(tǒng)，壓力、流量自動(dòng)控制系統(tǒng)等。

色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個(gè)組分，然后進(jìn)入質(zhì)譜儀進(jìn)行鑒定。色譜儀是在常壓下工作，而質(zhì)譜儀需要高真空，因此，如果色譜儀使用填充柱，必須經(jīng)過一種接口裝置-分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進(jìn)入質(zhì)譜儀。如果色譜儀使用毛細(xì)管柱，因?yàn)槊��?xì)管中載氣流量比填充柱小得多，不會(huì)破壞質(zhì)譜儀真空，可以將毛細(xì)管直接插入質(zhì)譜儀離子源。

氣質(zhì)接口

GC到MS的連接部件。最常見的連接方式是直接連接法，毛細(xì)管色譜柱直接導(dǎo)入質(zhì)譜儀，使用石墨墊圈密封(85%Vespel+15%石墨)，接口必須加熱，防止分離的組分冷凝，接口溫度設(shè)置一般為氣相色譜程序升溫最高值。

質(zhì)譜儀部分

一種通用型的檢測(cè)器，又是有選擇性的檢測(cè)器。它是在離子源部分將樣品分子電離，形成離子和碎片離子，再通過質(zhì)量分析器按照質(zhì)荷比的不同進(jìn)行分離，最后在檢測(cè)器部分產(chǎn)生信號(hào)，并放大、記錄得到質(zhì)譜圖。

1、離子源

其作用是接受樣品產(chǎn)生離子，常用的離子化方式有：

(a)電子轟擊離子化(electron impact ionization，EI)

最常用的一種離子源，有機(jī)分子被一束電子流(能量一般為70eV)轟擊，失去一個(gè)外層電子，形成帶正電荷的分子離子(M+)，M+進(jìn)一步碎裂成各種碎片離子、中性離子或游離基，在電場(chǎng)作用下，正離子被加速、聚焦、進(jìn)入質(zhì)量分析器分析。本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。

特點(diǎn)：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便；

圖譜具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供較多信息，對(duì)化合物的鑒別和結(jié)構(gòu)解析十分有利；

所得分子離子峰不強(qiáng)，有時(shí)不能識(shí)別。

(b)化學(xué)離子化(chemicalionization，CI)

將反應(yīng)氣(甲烷、異丁烷、氨氣等)與樣品按一定比例混合，然后進(jìn)行電子轟擊，甲烷分子先被電離，形成一次、二次離子，這些離子再與樣品分子發(fā)生反應(yīng)，形成比樣品分子大一個(gè)質(zhì)量數(shù)的(M+1) 離子，或稱為準(zhǔn)分子離子。準(zhǔn)分子離子也可能失去一個(gè)H2，形成(M-1)離子。

特點(diǎn)：

不會(huì)發(fā)生象EI中那么強(qiáng)的能量交換，較少發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，譜形簡(jiǎn)單；

分子離子峰弱，但(M+1) 峰強(qiáng)，這提供了分子量信息。

(c)場(chǎng)致離子化(fieldionization，F(xiàn)I)

適用于易變分子的離子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、苯丙胺類等。能產(chǎn)生較強(qiáng)的分子離子峰和準(zhǔn)分子離子峰。

(d)場(chǎng)解吸離子化( field desorption ionization，F(xiàn)D)

用于極性大、難氣化、對(duì)熱不穩(wěn)定的化合物。

(e)負(fù)離子化學(xué)離子化(negative ion chemical ionization，NICI)

在正離子MS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種離子化方法，其給出特征的負(fù)離子峰，具有很高的靈敏度(10-15g)。

2、質(zhì)量分析

其作用是將電離室中生成的離子按質(zhì)荷比(m/z)大小分開，進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。常見質(zhì)量分析器有：

(a)四極桿質(zhì)量分析器(quadrupoleanalyzer)

由四根平行圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上直流電壓和一定頻率的交流電壓。樣品離子沿電極間軸向進(jìn)入電場(chǎng)后，在極性相反的電極間振蕩，只有質(zhì)荷比在某個(gè)范圍的離子才能通過四極桿，到達(dá)檢測(cè)器，其余離子因振幅過大與電極碰撞，放電中和后被抽走。因此，改變電壓或頻率，可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達(dá)檢測(cè)器，被分離檢測(cè)。

(b)磁式扇形質(zhì)量分析器(magnetic-sector massanalyzer)

被電場(chǎng)加速的離子進(jìn)入磁場(chǎng)后，運(yùn)動(dòng)軌道彎曲了，離子軌道偏轉(zhuǎn)可用公式表示:當(dāng)H，V一定時(shí)，只有某一質(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達(dá)檢測(cè)器。特點(diǎn)是分辨率低，對(duì)質(zhì)量同、能量不同的離子分辨較困難。

(c)雙聚焦質(zhì)量分析器(double-focusing massassay)

由一個(gè)靜電分析器和一個(gè)磁分析器組成，靜電分析器允許有某個(gè)能量的離子通過，并按不同能量聚焦，先后進(jìn)入磁分析器，經(jīng)過兩次聚焦，大大提高了分辨率。

3、離子阱檢測(cè)器(iontrap detector)

原理類似于四極分析器，但讓離子貯存于井中，改變電極電壓，使離子向上、下兩端運(yùn)動(dòng)，通過底端小孔進(jìn)入檢測(cè)器。

檢測(cè)器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并將信號(hào)放大，常用檢測(cè)器是電子倍增器。當(dāng)離子撞擊到檢測(cè)器時(shí)引起倍增器電極表面噴射出一些電子，被噴射出的電子由于電位差被加速射向第二個(gè)倍增器電極，噴射出更多的電子，由此連續(xù)作用，每個(gè)電子碰撞下一個(gè)電極時(shí)能噴射出2~3個(gè)電子，通常電子倍增器有14級(jí)倍增器電極，可大大提高檢測(cè)靈敏度。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

為了質(zhì)譜儀器的正常工作，必須要組成高真空系統(tǒng)的真空室。儀器使用了高性能的渦輪分子泵與前級(jí)真空泵構(gòu)成兩級(jí)真空機(jī)組以確保所需的真空。被分析樣品經(jīng)毛細(xì)管柱分離，進(jìn)入離子源。采用電子電力標(biāo)準(zhǔn)配置(EI)，產(chǎn)生正離子，在推斥、聚焦、引出電極的作用下將正離子送入四極桿系統(tǒng)。四極桿在高頻電壓與正負(fù)電壓聯(lián)合作用下形成高頻電場(chǎng)，在掃描電壓作用下，只有符合四極場(chǎng)運(yùn)動(dòng)方程的離子才能通過四極桿對(duì)稱中心到達(dá)離子檢測(cè)器，再經(jīng)離子流放大器放大，產(chǎn)生質(zhì)譜信號(hào)。得到了質(zhì)譜圖，通過解釋譜圖或進(jìn)行譜庫(kù)檢索以識(shí)別未知樣品的組成。

典型的氣質(zhì)聯(lián)用儀系統(tǒng)如下圖所示，待分析樣品通過載氣(氫氣或氦氣)經(jīng)過GC色譜柱得到初步分離，從色譜柱流出的各組分經(jīng)過GC-MS接口模塊傳輸進(jìn)入MS模塊的離子源單元，在這里各組分被離子化形成離子，進(jìn)而被MS模塊中的質(zhì)量分析分析，分析獲得的數(shù)據(jù)由GC-MS平臺(tái)的數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行處理、顯示，并進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)搜索和比對(duì)。整個(gè)分析過程所涉及到的流程處理順序均由GC-MS平臺(tái)的儀器控制模塊進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。

氣質(zhì)聯(lián)用儀操作方法

  載氣系統(tǒng)

1、載氣體的使用

氣體純度必須達(dá)到99.999%，并使用專用鋼瓶灌裝，載氣純度不夠或剩余的載氣量不夠時(shí)，會(huì)造成m/z28譜線豐度過大，根據(jù)所用載氣質(zhì)量，當(dāng)氣瓶的壓力降低到幾個(gè)MPa時(shí)，應(yīng)更換載氣以防止瓶底殘余物對(duì)氣路的污染。

2、載氣凈化

一般載氣進(jìn)入色譜前都需經(jīng)過凈化，除去載氣中的殘留烴類化合物、氧、水等雜質(zhì)，以提高載氣的純度，延長(zhǎng)色譜柱使用壽命，減少色譜柱固定相流失，而且很大程度地降低背景噪音，使基線更加穩(wěn)定。

建議安裝一個(gè)高容量脫氧管和載氣凈化器或使用復(fù)合型載氣凈化管。凈化裝置應(yīng)及時(shí)更換，脫氧管使用時(shí)間過長(zhǎng)，吸附的氧氣會(huì)隨著載氣進(jìn)人儀器，導(dǎo)致m/z32的譜線豐度過大。市售的脫氧管通常會(huì)用氮?dú)膺M(jìn)行飽和，安裝時(shí)，必須用氦氣將脫氧管內(nèi)和管線里的氮?dú)獯祾吒蓛�，再接至儀器上。

質(zhì)譜真空泄露的確認(rèn)及檢漏

1、確認(rèn)泄漏

質(zhì)譜真空是否出現(xiàn)空氣泄漏，可從壓力和空氣/水的背景圖譜進(jìn)行判斷。如果儀器達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，一般情況下當(dāng)柱流速為1ml/min時(shí)，前極壓力應(yīng)小于50mTorr，離子規(guī)壓力小于7e-5Torr，如果壓力過大，則可能有泄漏；m/z18，28，32和44是空氣/水的特征峰，空氣/水的背景圖譜正常情況下；如果m/z28的峰遠(yuǎn)高于m/z18峰，且與m/z32峰的比例符合空氣中氮?dú)夂脱鯕獾谋壤�，則可以判斷有小漏；如果，m/z28，32兩峰異常高，總離子流強(qiáng)度超過10的8次方，則漏氣嚴(yán)重，此時(shí)要立即關(guān)掉燈絲，否則會(huì)造成燈絲斷掉。

2、檢漏

鋼瓶及氣體管線的檢漏以Snoop測(cè)漏液檢查每個(gè)管線接點(diǎn)，特別注意鋼瓶頭部分。每換一次氣體鋼瓶，必須以Snoop測(cè)漏液全面檢查鋼瓶及進(jìn)氣口接點(diǎn)，確保鋼瓶與進(jìn)氣管線沒有漏氣。將鋼瓶打開，調(diào)整至一定壓力，關(guān)閉氣相色譜儀進(jìn)樣口的壓力，關(guān)閉氣瓶的總閥，開啟分壓閥，若有漏氣，一段時(shí)間后分壓表的壓力會(huì)有明顯的下降。定時(shí)察看壓力表(每小時(shí))和壓力降低情況，可由此查知?dú)怏w主管線是否漏氣。

GC部分的檢查，其空氣泄漏通常會(huì)發(fā)生在內(nèi)部的載氣管接頭、隔墊定位螺母、柱螺母等位置�？捎眠m量的丙酮涂抹上述位置，每次一個(gè)位置，先后順序依照離MS部分由近及遠(yuǎn)的原則。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，觀察背景圖譜中的峰圖，若m/z58和m/z43處出現(xiàn)一個(gè)陡峭的、顯著的攀升，說明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。

MS部分的檢查，可以使用下述方法確定泄漏是在GC中還是MSD中：

先觀察空氣/水的背景圖譜，然后將氣質(zhì)聯(lián)用儀所有加熱區(qū)冷卻后，取下色譜柱與GC進(jìn)樣口連接的一端，用一個(gè)廢隔墊堵住色譜柱端口，等待15-20min，再一次觀察空氣/水的背景圖譜，如果二者基本相同，則泄漏存在于MSD中或GC/MSD傳輸線末端的色譜柱螺帽處；如果結(jié)果顯著不同，泄漏存在于GC部分。

在MSD中查找空氣泄漏的方法與GC部分類似，在可能發(fā)生泄漏的位置涂抹丙酮，每次一個(gè)位置，總是從近被打開過的密封裝置開始，這是有可能發(fā)生空氣泄漏的地方。在涂抹完一個(gè)位置后，觀察背景圖譜中的峰圖變化加以判斷。MSD部分空氣泄漏比較容易出現(xiàn)在傳輸線末端的色譜柱螺帽處，此處由于柱箱溫度反復(fù)變化，有可能會(huì)造成松動(dòng)；另一方面，在裝毛細(xì)管柱時(shí)，螺帽不可以擰得太緊，否則容易把石墨圈壓碎，造成漏氣，一般情況下用手?jǐn)Q緊，再用扳手?jǐn)Q四分之一圈即可。

進(jìn)樣系統(tǒng)

1、進(jìn)樣隔墊

應(yīng)使用高品質(zhì)低流失及耐高溫的進(jìn)樣隔墊，更換進(jìn)樣隔墊時(shí)先將柱溫降至50℃以下，關(guān)掉進(jìn)樣口溫度和流量氣相色譜儀具備漏氣保護(hù)功能，如果流量不關(guān)閉，當(dāng)旋開進(jìn)樣口螺帽時(shí)，大量載氣漏失，氣相色譜的所有加溫部分會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，需重新開機(jī)才能開啟。隔墊更換時(shí)，注意進(jìn)樣口螺帽不要擰得太緊，否則隔墊被壓緊，橡膠失去彈性，針扎下去會(huì)造成打孔效應(yīng)，縮短進(jìn)樣墊使用壽命。后做漏氣檢測(cè)“l(fā)eakcheck”，如果螺帽旋至合適，儀器會(huì)顯示：“l(fā)eakcheckpassed”。

進(jìn)樣隔墊應(yīng)視情況及時(shí)更換微量漏氣不易查覺，一般來說微漏可造成目標(biāo)分析物出峰提前，因?yàn)闋t溫較高時(shí)空氣中的氧氣會(huì)氧化色譜柱固定液，使固定液流失加大，降低柱效，但要通過長(zhǎng)時(shí)間比較才能發(fā)現(xiàn)；相對(duì)的大量漏氣則會(huì)造成保留時(shí)間的延長(zhǎng)。一般自動(dòng)進(jìn)樣約100針后即應(yīng)更換進(jìn)樣墊，手動(dòng)進(jìn)樣還要少一些，視進(jìn)樣技術(shù)而定。

2、襯管及石英棉

襯管應(yīng)視進(jìn)樣口類型、樣品的進(jìn)樣量、進(jìn)樣模式、溶劑種類等因素來選用。尤其是分流不分流襯管，注意不要混用，安裝時(shí)上下不要裝反。其潔凈度直接影響到儀器的檢測(cè)限，應(yīng)注意對(duì)襯管進(jìn)行檢查，更換下來的襯管如果不太臟可以用無水甲醇或丙酮超聲清洗，取出烘干后繼續(xù)使用；太臟則需先用清潔劑再用溶劑清洗，然后對(duì)襯管進(jìn)行硅烷化處理后再度使用。

石英棉應(yīng)使用硅烷化處理過的，這種石英棉一般較未處理過的細(xì)而脆，未處理過的石英棉對(duì)分析物特別是極性化合物吸附嚴(yán)重，需進(jìn)高濃度的目標(biāo)物達(dá)吸附飽和后才可分析樣品。使用過的石英棉應(yīng)丟棄，不能重復(fù)使用。

色譜柱


  1、選擇與老化

色譜柱的選擇一般從固定液的類型、長(zhǎng)度、口徑和膜厚四個(gè)方面考慮，毛細(xì)管色譜柱的固定液分非極性、弱極性、中等極性和強(qiáng)極性，色譜柱固定液的極性越高，其溫度使用上限越低，隨柱溫的升高固定液流失程度也越大，選擇固定液的原則一般是能用極性低的則盡量不選用極性高的；柱長(zhǎng)則能用短柱解決的就不用長(zhǎng)柱；小口徑色譜柱較大口徑有較好的分離度，峰形與靈敏度也都好，但口徑小了柱容量也小，應(yīng)視分析要求而定；固定液膜較厚的可以承受較大的進(jìn)樣量，分離同分異構(gòu)體，比薄膜者有較好的分離度，但柱流失也較嚴(yán)重，其實(shí)際操作的溫度也較薄膜者低。

新購(gòu)毛細(xì)管商品柱(如DB系列的毛細(xì)管柱)一般出廠前已老化好，所以使用前一般不需要長(zhǎng)時(shí)間老化，新柱老化一般不接質(zhì)譜或其它檢測(cè)器，設(shè)定一個(gè)程序升溫程序走兩至三次就能滿足分析需要，其中程序升溫程序的起始溫度要低，一般設(shè)為50℃，溫度可選擇低于柱使用溫度上限30℃或在平時(shí)使用的溫度，升溫速率要慢，一般設(shè)為5℃/min。舊柱老化時(shí)可接質(zhì)譜或其它檢測(cè)器，程序升溫的溫度可比平時(shí)使用的溫度高一些，但不能超過柱允許使用的溫度上限。

2、使用與保存

使用時(shí)應(yīng)注意說明書中標(biāo)明的溫度，不能超過色譜柱的溫度上限使用，否則會(huì)造成固定液流失，還可造成對(duì)檢測(cè)器的污染。要設(shè)定允許使用溫度，如遇人為或不明原因的突然升溫，GC會(huì)自動(dòng)停止升溫以保護(hù)色譜柱。氧氣、無機(jī)酸堿和礦物酸都會(huì)對(duì)色譜柱固定液造成損傷，應(yīng)杜絕這幾類物質(zhì)進(jìn)入色譜柱。

色譜柱拆下后通常將色譜柱的兩端插在不用的進(jìn)樣墊上，如果只是暫時(shí)拆下數(shù)日則可放于干燥器中。

3、安裝

應(yīng)按照說明書操作，切割時(shí)應(yīng)用專用的陶瓷切片，切割面要平整。不同規(guī)格的毛細(xì)管柱選用不同大小的石墨墊圈，注意接進(jìn)樣口一端和接質(zhì)譜一端所用的石墨墊圈是不同的，不要混用。

進(jìn)入進(jìn)樣口一端的毛細(xì)管長(zhǎng)度要根據(jù)所使用的襯管而定，儀器公司提供了專門的比對(duì)工具，同樣，進(jìn)入質(zhì)譜一端的毛細(xì)管長(zhǎng)度也需要用儀器公司提供的專門工具比對(duì)。柱接頭螺帽不要上得太緊，太緊了壓碎石墨圈反而容易造成漏氣，一般用手?jǐn)Q緊后再用扳手緊四分之一圈即可。

接質(zhì)譜前先開機(jī)讓柱末端插入盛有有機(jī)溶劑的小燒杯，看是否有氣泡溢出且流速與設(shè)定值相當(dāng)。嚴(yán)禁無載氣通過時(shí)高溫烘烤色譜柱，以免造成固定液被氧化流失而損壞色譜柱。

狀態(tài)檢查及進(jìn)樣操作

1、儀器中間狀態(tài)檢查

儀器狀態(tài)直接影響到分析物的檢測(cè)限、定性與定量，除了按照規(guī)定的周期進(jìn)行計(jì)量檢定外，還應(yīng)該定期進(jìn)行期間核查，根據(jù)儀器使用情況可每季度或每月核查一次。

氣質(zhì)聯(lián)用儀期間核查的內(nèi)容可包括：儀器檢測(cè)限(靈敏度)、分析物保留時(shí)間的重復(fù)性(穩(wěn)定性)、數(shù)據(jù)的精密度、線性范圍等幾個(gè)方面�？赏ㄟ^系列濃度的有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液重復(fù)進(jìn)樣進(jìn)行驗(yàn)證，質(zhì)譜部分還可通過觀察校正氣FC43的特征離子是否正常確認(rèn)儀器是否需要校正。通過核查證明儀器狀態(tài)良好時(shí)才能進(jìn)行樣品分析。

2、進(jìn)樣操作時(shí)的注意事項(xiàng)

氣相用定容試劑一般分子量小，易揮發(fā)，所以在整個(gè)進(jìn)樣過程中，為充分保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確可靠，應(yīng)盡可能避免溶劑揮發(fā)，確保被分析的樣品溶液濃度不變。

(a)要保證室溫盡可能恒定，使標(biāo)準(zhǔn)品溶液系列和樣品溶液系列在同樣的條件下被分析測(cè)定；

(b)自動(dòng)進(jìn)樣時(shí)，所用小瓶蓋墊一次性使用，用過的瓶蓋墊易造成定容試劑的揮發(fā)而使待測(cè)物濃度升高，且待測(cè)物濃度越高的樣品誤差也越大。