氣相色譜一質譜分析法的實驗技術
發布時間：2017-09-01
進行GC-MS分析要分別設定GC和MS的分析條件。
一、色譜條件的選擇
GC分析條件與普通的氣相色譜的條件設置相同，要根據樣品情況進行設置。在分析樣品之前應盡量了解樣品的情況，比如樣品組分的多少、沸點范圍、相對分子質量范圍、化合物類型等。這些是選擇分析條件的基礎。
(1)色譜柱的選擇
一般情況下，如果樣品組成簡單，可以使用填充柱，樣品組成復雜則一定要使用毛細管柱。根據樣品類型，如極性、非極性和弱極性等選擇色譜柱的固定相，極性組分選用極性固定相，非極性組分選用非極性固定相。也可以參照文獻選擇色譜柱的固定相。
(2)氣化溫度的選擇
氣化溫度一般要高于樣品中沸點最高組分的沸點20~300C。
(3)程序升溫
要根據樣品情況設定。選擇合適的升溫范圍，使低溫下低沸點組分出峰，高溫下高沸點組分出峰。要選擇合適的升溫速度，使各組分都實現很好的分離。
(4)載氣流量
載氣流量直接影響色譜柱的塔板高度或分離效能。載氣流量一般有最佳值，通過調整載氣流量可以改善色譜分離度。填充柱流量一般為10～30mL／min，毛細管柱流量一般為1mL／min左右。
二、質譜條件的選擇
MS分析條件的選擇包括掃描范圍、掃描速度、燈絲電流、電子能量、倍增器電壓等。
(1)在GC-MS中，燈絲電流、電子能量等已在儀器自動調整時設定好。
(2)掃描范圍：所謂掃描范圍就是通過分析器的離子的質荷比范圍，該值的設定取決于欲分析化合物的相對分子質量，應該使化合物所有的離子都在設定的掃描范圍之內。例如一個混合物樣品，其最大相對分子質量為350左右，則掃描范圍上限(高質量端)可設到m/z為400或450，掃描下限(低質量端)可以從m/z 15開始，有時為了去掉水、氮、氧的干擾，也可以從m/z 29或m/z 33開始。
(3)倍增器電壓：倍增器電壓與儀器靈敏度有直接關系。在儀器靈敏度能夠滿足要求的情況下應使用較低的倍增器電壓，以保護倍增器，延長其使用壽命。
(4)溶劑去除時間：在進行GC-MS分析時，一般不希望大的溶劑峰出現在色譜圖中，同時，溶劑在電離、質量分離和檢測時會污染離子源、分析器和電子倍增器，因此，GC-MS有一個去溶劑時間的設定，該時間設定之后，從進樣到設定的時間之內，燈絲電流和倍增器電壓一直為0，此時，離子不會產生。過了設定時間之后，欲測組分的離子才開始產生并得到檢測。這樣，在總離子色譜圖上不會出現溶劑峰，同時也保護了燈絲、質量分析器和倍增器。
三、GC-MS提供的信息及相關分析技術
1、總離子色譜圖
在一般GC-MS分析中，樣品連續進入離子源并被連續電離，產生的離子進入質量分析器。質量分析器每掃描一次(比如1s)，檢測器就得到一個完整的質譜并送入計算機存儲。樣品濃度大，質譜峰就強，反之亦然。由于樣品濃度隨時間變化，因此，得到的質譜峰強度也隨時間變化。如果一個組分從色譜柱開始流出到完全流出大約需要10s。計算機就會得到這個組分不同濃度下的10張質譜圖。同時，計算機就把每張質譜的所有離子強度相加得到總離子強度。這些隨時間變化的總離子強度所描繪的曲線就是樣品總離子色譜圖，其橫坐標是保留時間或質譜掃描次數，縱坐標為離子強度。總離子色譜圖中每個峰表示一個組分。它的外形和由一般色譜儀得到的色譜圖是一樣的。只要所用色譜柱相同，樣品出峰順序就相同。其差別在于，總離子色譜圖所用的檢測器是質譜儀，而一般色譜儀所用的檢測器是氫焰、熱導等。兩種色譜圖中各成分的校正因子不同。由總離子色譜圖可以得到任一組分的質譜圖，并且可以根據峰面積進行定量分析。
2、質譜圖
由總離子色譜圖可以得到任何一個組分的質譜圖。對于一個色譜峰，在不同掃描數得到的質譜圖是幾乎相同的，但是為了提高信噪比，通常由色譜峰峰頂對應的掃描數得到質譜圖。但如果兩個色譜峰有相互干擾，質譜圖應盡量選擇在不發生干擾的位置。也可以通過扣本底消除其他組分的影響。
由質譜圖可以得到化合物的結構信息，可以通過庫檢索，進行定性分析。
3、庫檢索
GC-MS的數據庫中存有數十萬個標準質譜圖。得到未知化合物質譜圖后，可以通過計算機檢索對未知化合物進行定性分析。檢索結果可以給出幾個可能的化合物，并以匹配度大小順序排列出這些化合物的名稱、分子式、相對分子質量、結構式等。如果匹配度比較好，比如90以上(最好為100)，那么可以認為這個化合物就是欲求的未知化合物。不過在檢索過程中要注意下面幾個問題：①有時我們要檢索的化合物在譜庫中并不存在，但計算機也會挑選一些結構相近的化合物作為檢索結果。計算機給出的結果匹配度可能都不太好，此時我們絕不能選一個匹配度相對好的作為檢索結果，這樣會造成錯誤。②由于本底影響、其他組分影響或色譜峰太弱造成質譜圖質量不高，檢索結果往往匹配度不高，不容易準確定性。遇到這種情況則需要盡量設法扣除本底，減少干擾，提局質譜圖的質量，增加檢索的可靠性。值得注意的是，檢索結果只能看做是一種可能性，匹配度大小只表示可能性大小，不能把庫檢索作為定性分析的惟一方法。
4、提取離子色譜圖
總離子色譜圖是將每個質譜的所有離子加合得到的色譜圖，是總離子強度隨時間的變化曲線。同樣，計算機也可以給出質譜中任何一個質荷比的離子強度隨時間的變化曲線，某一質荷比離子強度隨時間的變化曲線叫質量色譜圖或提取離子色譜圖。由于提取離子色譜圖是由一種質荷比的離子得到的，因此，若某化合物的質譜中不存在這種離子，該化合物也就不會出現色譜峰，這樣，一個樣品的提取離子色譜圖可能只有幾個甚至一個化合物出峰。利用這一特點司以識別具有某種特征的化合物，也可以通過選擇不同質量的離子作提取離子色譜圖，使正常色譜不能分開的兩個峰實現分離，以便進行定量分析。由于提取離子色譜圖是采用一種質量的離子作圖，因此進行定量分析時，也要使用同一離子得到的提取離子色譜圖進行標定或測定校正因子。
5、選擇離子監測技術
一般掃描方式是連續改變Vrf使不同質荷比的離子順序通過分析器到達檢測器。選擇離子監測(SIM)是對選定的離子進行跳躍式掃描。采用這種掃描方式可以提高檢測靈敏度。其原因如下：假定正常掃描從m/z 1～500掃描時間為1s,那么每個質量掃過的時間為1／500=0.002s。如果采用選擇離子監測方式，假定只掃5個特征離子，那么每個離子掃過的時間則為1／5=0.2s，是正常掃描時間的100倍。離子產生是連續的，掃描時間長則接收到的離子多，也即靈敏度高。從上面的例子估計，選擇離子掃描對特征離子的檢測靈敏度比正常掃描要高大約100倍。由于這種方式靈敏度高，因此適用于量少且不易得到的樣品分析。同時，通過適當選擇離子，可以消除其他組分對待測組分的干擾，是進行微量成分定量分析常用的掃描方式。也可以利用這個技術對某類化合物進行監測。
四、定性分析和定量分析
1、定性分析
目前，GC-MS定性分析主要依靠數據庫檢索進行。得到總離子色譜圖之后，可以逐一對每個峰進行檢索，得到樣品的定性分析結果。但是數據庫中標準化合物數量有限，庫中可能沒有被檢物，這樣，檢索時就會給出錯誤結果。有時得到的質譜圖質量不高(本底影響、色譜峰太弱或其他組分干擾所致)也會造成誤檢，因此，為了得到可靠的分析結果，最好再用其他方法進行輔助定性分析。
2、定量分析
用GC-MS法進行有機物定量分析，其基本原理與GC法相同，即樣品量與總離子(或選擇離子)色譜峰面積成正比。定量分析方法有歸一化法、外標法和內標法(參見色譜分析一章)。
(1)歸一化法：此法是將色譜中所有成分的含量定為100％，求色譜中任一成分的百分含量。在利用歸一化法定量時，由于質譜儀對不同化合物的響應值不同，即便是含量相同的兩個組分，其色譜峰面積也不相同。這就需要進行峰面積校正，測定不同組分的校正因子。利用校正后的峰面積進行定量計算。
(2)外標法：配制待測組分標準系列，制作含量一峰面積標準曲線，由未知含量組分的峰面積，在標準曲線上可查得其含量(或濃度)。在用外標法定量時，由于在定量分析過程中，儀器狀態會有些變化，每次進樣量也不可能一致，為了克服儀器狀態和進樣量變化的影響，可以在標準樣品系列和待測樣品中都加一內標物，內標物含量固定。當分析條件變化時，內標物峰面積與待測組分峰面積同時變化，峰面積之比不受外界條件影響。因此，以此比值和含量所作的校正曲線求得的待測樣品濃度也不受外界條件影響。該法也稱為內標外標法。在這里，內標物的作用只是為了克服外界條件和儀器狀態變化對分析結果的影響，不起定標作用。
(3)內標法：如果儀器重現性很好，可以直接利用內標法進行定量。加入內標后，對于待測樣品有Wi=fiAi，對于內標物有Ws=fsAs，兩式相除得Wi /Ws= fi Ai /fsAs或Wi= fi Ai Ws /fsAs。則未知物含量Pi= Wi／W= fi Ai Ws /fsAsW。其中Pi為待測物含量，fi／fs為相對校正因子，Ws為內標物質量，W為樣品總量。使用內標法時，內標物須能與樣品混溶，其色譜峰能與待測組分峰分開，其保留時間要與待測組分接近，加入量也要接近待測組分含量。
如果對分析結果的精確度要求不高，還可以采用單點外標法定量。即用濃度為cs的標樣測定其總離子色譜的峰面積As，在同樣條件下，測定未知樣品的峰面積Ai，則未知樣品濃度ci=Aics／As。
參考資料：現代儀器分析實驗與技術
