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气质联用仪的基本构成和工作原理

发布时间:2015-11-20      点击次数:6687

气质联用仪的基本构成和工作原理   

气质联用(GC/MS)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,它们被安顿在真空总管道内。接口:由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪,接口是色质联用系统的关键。   

接口作用:    1、压力匹配——质谱离子源的真空度在10-3Pa,而GC色谱柱出口压力高达105Pa,接口的作用就是要使两者压力匹配。    2、组分浓缩——从GC色谱柱流出的气体中有大量载气,接口的作用是排除载气,使被测物浓缩后进入离子源。 

  常见接口技术有:    1、分子分离器连接 (主要用于填充柱)    扩散型——扩散速率与物质分子量的平方成反比,与其分压成正比。当色谱流出物经过分离器时,小分子的载气易从微孔中扩散出去,被真空泵抽除,而被测物分子量大,不易扩散则得到浓缩。   2、直接连接法(主要用于毛细管柱)    在色谱柱和离子源之间用长约50cm,内径0.5mm的不锈钢毛细管连接,色谱流出物经过毛细管全部进入离子源,这种接口技术样品利用率高。   3、开口分流连接    该接口是放空一部分色谱流出物,让另一部分进入质谱仪,通过不断流入清洗氦气,将多余流出物带走。此法样品利用率低。   

离子源:    离子源的作用是接受样品产生离子,常用的离子化方式有:    1、电子轰击离子化(electron impact ionization,EI)EI是zui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。   EI特点:    ⑴、电离效率高,能量分散小,结构简单,操作方便。    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。    ⑶、所得分子离子峰不强,有时不能识别。   本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物。   

 2、化学离子化(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。   CI特点    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。   ⑵、分子离子峰弱,但(M+1) 峰强,这提供了分子量信息。    

  1. 场致离子化(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、类等。能产生较强的分子离子峰和准分子离子峰。   
  2.  场解吸离子化( field desorption ionization,FD) 用于极性大、难气化、对热不稳定的化合物。    
  3. 负离子化学离子化(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)。   质量分析器:    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。
  4. 常见质量分析器有:  
  5.   1、四极质量分析器(quadrupole analyzer) 



  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。 

        2、扇形质量分析器    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。    特点:分辨率低,对质量同、能量不同的离子分辨较困难。   

       3、双聚焦质量分析器(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。   

        4、离子阱检测器(ion trap detector)    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。  

     检测器:    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。   

        GC-MS的常用测定方法:    总离子流色谱法(total ionization chromatography,TIC)——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。

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