第十三章 质谱和气相色谱-质谱联用_2014分析

气相色谱-质谱联用(GC-MS)一、实验目的1. 了解质谱检测器的基本组成及功能原理，学习质谱检测器的调谐方法；2. 了解色谱工作站的基本功能，掌握利用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析的基本操作。

二、实验原理气相色谱法（gas chromatography, GC）是一种应用非常广泛的分离手段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。

气相色谱法虽然可以将复杂混合物中的各个组分分离开，但其定性能力较差，通常只是利用组分的保留特性来定性，这在欲定性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时，对组分定性分析就十分困难了。

随着质谱（mass spectrometry, MS）、红外光谱及核磁共振等定性分析手段的发展，目前主要采用在线的联用技术，即将色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机，来解决色谱定性困难的问题。

气相色谱－质谱联用（GC-MS）是最早实现商品化的色谱联用仪器。

目前，小型台式GC-MS已成为很多实验室的常规配置。

1. 质谱仪的基本结构和功能质谱系统一般由真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和计算机控制与数据处理系统（工作站）等部分组成。

质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的分子－离子反应。

质谱仪的高真空系统一般由机械泵和扩散泵或涡轮分子泵串联组成。

机械泵作为前级泵将真空抽到10-1－10-2Pa，然后由扩散泵或涡轮分子泵将真空度降至质谱仪工作需要的真空度10-4－10-5Pa。

虽然涡轮分子泵可在十几分钟内将真空度降至工作范围，但一般仍然需要继续平衡2小时左右，充分排除真空体系内存在的诸如水分、空气等杂质以保证仪器工作正常。

气相色谱－质谱联用仪的进样系统由接口和气相色谱组成。

接口的作用是使经气相色谱分离出的各组分依次进入质谱仪的离子源。

接口一般应满足如下要求：(a)不破坏离子源的高真空，也不影响色谱分离的柱效；(b)使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源，流动相尽可能少进入离子源；(c)不改变色谱分离后各组分的组成和结构。

气相色谱质谱联用法
气相色谱质谱联用法（GC-MS）是一种分析技术，结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）两种技术。

GC-MS在分离样品组分并确定它们的结构和相对含量方面具有很高的灵敏度和选择性。

GC-MS的分离原理是利用气相色谱来将混合物中的各种化合物分离出来，并将其分离后的化合物引导到质谱分析器中进行鉴定。

质谱分析器可以对每个分离出的化合物进行分子结构鉴定和化合物含量测定，同时提供化合物的质量谱特征，使得对样品的检测更为准确。

GC-MS通常用于土壤、水、空气和食品等中化学成分和药品残留的分析，以便进行环境监测、食品安全检测和制药工业等领域的研究。

它还可以检测化学物质的组成，如苯、甲醛、甲苯和酚等有机化合物。

气相色谱-质谱联用(GC-MS)一‎、实验目的1. 了解质谱检测器的基本组‎成及功能原理，学习质谱检测器的调谐方法；‎2. 了解色谱工作站的基本功能，掌握利用气相色谱‎-质谱联用仪进行定性分析的基本操作。

‎二、实验原理气相色谱法（gas chromat‎o graphy, GC）是一种应用非常广泛的分离手‎段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理‎是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。

气相色谱法‎虽然可以将复杂混合物中的各个组分分离开，但其定性能‎力较差，通常只是利用组分的保留特性来定性，这在欲定‎性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时，对组分‎定性分析就十分困难了。

随着质谱（mass spec‎t rometry, MS）、红外光谱及核磁共振等定‎性分析手段的发展，目前主要采用在线的联用技术，即将‎色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机，来解决色谱‎定性困难的问题。

气相色谱－质谱联用（GC-MS）是‎最早实现商品化的色谱联用仪器。

目前，小型台式GC-‎M S已成为很多实验室的常规配置。

1.‎质谱仪的基本结构和功能质谱系统一般由‎真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和计‎算机控制与数据处理系统（工作站）等部分组成。

‎质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真‎空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的分‎子－离子反应。

质谱仪的高真空系统一般由机械泵和扩散‎泵或涡轮分子泵串联组成。

机械泵作为前级泵将真空抽到‎10-1－10-2Pa，然后由扩散泵或涡轮分子泵将‎真空度降至质谱仪工作需要的真空度10-4－10-5‎P a。

虽然涡轮分子泵可在十几分钟内将真空度降至工作‎范围，但一般仍然需要继续平衡2小时左右，充分排除真‎空体系内存在的诸如水分、空气等杂质以保证仪器工作正‎常。

气相色谱－质谱联用仪的进样系统由接‎口和气相色谱组成。

接口的作用是使经气相色谱分离出的‎各组分依次进入质谱仪的离子源。

气相色谱-质谱联用技术气相色谱-质谱联用技术，简称质谱联用，即将气相色谱仪与质谱仪通过接口组件进行连接，以气相色谱作为试样分离、制备的手段，将质谱作为气相色谱的在线检测手段进行定性、定量分析，辅以相应的数据收集与控制系统构建而成的一种色谱-质谱联用技术，在化工、石油、环境、农业、法医、生物医药等方面，已经成为一种获得广泛应用的成熟的常规分析技术。

1、产生背景色谱法是一种很好的分离手段，可以将复杂混合物中的各种组分分离开，但它的定性、鉴定结构的能力较差，并且气相色谱需要多种检测器来解决不同化合物响应值的差别问题；质谱对未知化合物的结构有很强的鉴别能力，定性专属性高，可提供准确的结构信息，灵敏度高，检测快速，但质谱法的不同离子化方式和质量分析技术有其局限性，且对未知化合物进行鉴定，需要高纯度的样本，否则杂质形成的本底对样品的质谱图产生干扰，不利于质谱图的解析。

气相色谱法对组分复杂的样品能进行有效的分离，可提供纯度高的样品，正好满足了质谱鉴定的要求。

气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass sepetrometry , GC-MS）技术综合了气相色谱和质谱的优点，具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度、强鉴别能力。

GC-MS可同时完成待测组分的分离、鉴定和定量，被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定。

2、技术原理与特点气相色谱技术是利用一定温度下不同化合物在流动相（载气）和固定相中分配系数的差异，使不同化合物按时间先后在色谱柱中流出，从而达到分离分析的目的。

保留时间是气象色谱进行定性的依据，而色谱峰高或峰面积是定量的手段，所以气相色谱对复杂的混合物可以进行有效地定性定量分析。

其特点在于高效的分离能力和良好的灵敏度。

由于一根色谱柱不能完全分离所有化合物，以保留时间作为定性指标的方法往往存在明显的局限性，特别是对于同分异构化合物或者同位素化合物的分离效果较差。

质谱技术是将汽化的样品分子在高真空的离子源内转化为带电离子，经电离、引出和聚焦后进入质量分析器，在磁场或电场作用下，按时间先后或空间位置进行质荷比（质量和电荷的比，m/z）分离，最后被离子检测器检测。

气相色谱-质谱联用技术本章目录（查看详细信息，请点击左侧目录导航）第一节气相色谱质谱联用仪器系统一、GC-MS系统的组成二、GC-MS联用中主要的技术问题三、GC-MS联用仪和气相色谱仪的主要区别四、GC-MS联用仪器的分类五、一些主要的国外GC-MS 联用仪产品简介第二节气相色谱质谱联用的接口技术一、GC-MS联用接口技术评介二、目前常用的GC-MS接口第三节气相色谱质谱联用中常用的衍生化方法一、一般介绍二、硅烷化衍生化三、酰化衍生化四、烷基化衍生化第四节气相色谱质谱联用质谱谱库和计算机检索一、常用的质谱谱库二、NIST/EPA/NIH库及其检索简介三、使用谱库检索时应注意的问题四、互联网上有关GC-MS和的信息资源第五节气相色谱质谱联用技术的应用一、GC-MS检测环境样品中的二噁英二、GC-MS在兴奋剂检测中的应用三、GC-MS区分空间异构体四、常用于GC-MS 检测提高信噪比的方法五、GC-MS（TOF）的应用气质联用仪是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。

自1957年霍姆斯和莫雷尔首次实现GC-MS系统的组成气相色谱和质谱联用以后，这一技术得到长足的发展。

在所有联用技术中气质联用，即GC-MS发展最完善，应用最广泛。

目前从事有机物分析的实验室几乎都把GC-MS作为主要的定性确认手段之一，在很多情况下又用GC-MS进行定量分析。

另一方面，目前市售的有机质谱仪，不论是磁质谱、四极杆质谱、离子阱质谱还是飞行时间质谱（TOF），傅里叶变换质谱（FTMS）等均能和气相色谱联用。

还有一些其他的气相色谱和质谱联接的方式，如气相色谱! 燃烧炉! 同位素比质谱等。

GC-MS逐步成为分析复杂混合物最为有效的手段之一。

GC-MS联用仪系统一般由图11-3-1所示的各部分组成。

气相色谱仪分离样品中各组分，起着样品制备的作用；接口把气相色谱流出的各组分送入质谱仪进行检测，起着气相色谱和质谱之间适配器的作用，由于接口技术的不断发展，接口在形式上越来越小，也越来越简单；质谱仪对接口依次引入的各组分进行分析，成为气相色谱仪的检测器；计算机系统交互式地控制气相色谱、接口和质谱仪，进行数据采集和处理，是GC-MS的中央控制单元。

气相色谱串联质谱法
气相色谱串联质谱（GC-MS）是一种在有机物质中常用的分析方法，依赖于色谱分离和质谱检测，可以快速、准确地识别出有机物质中构成它们的细微组件及其相对含量。

GC-MS可以同时进行快速分离及检测，使得分析结果更加准确可靠。

GC-MS的基本原理是将样品中的有机物质分离出来，如烃类，然后用质谱仪进行检测，以精确测定其化学特征和结构。

具体来说，主要包括3个步骤：样品预处理、气相色谱（GC）和质谱（MS）。

首先，样品经过预处理，以增强其能够与柱表面的疏水性，使有机物质能够从样品中分离出来。

然后，将样品放入气相色谱仪，有机物将被吸入柱内，经过一段时间，有机物被分开并从柱顶端吐出，通过特定的温度和加压条件来提高速度。

最后，有机物质分离出来之后就可以使用质谱仪对其进行结构测定和组成成分分析，进而求出其相对含量，完成分析任务。

GC-MS是非常有用的有机分析技术，它运用简单及高效的方式，可以快速、准确的识别出有机物质中构成它们的细微组件及含量，在化学和分析造纸、食品、石油、药物和有机合成等领域中广泛应用。

气相色谱-质谱联用技术本章目录（查看详细信息，请点击左侧目录导航）第一节气相色谱质谱联用仪器系统一、GC-MS系统的组成二、GC-MS联用中主要的技术问题三、GC-MS联用仪和气相色谱仪的主要区别四、GC-MS联用仪器的分类五、一些主要的国外GC-MS 联用仪产品简介第二节气相色谱质谱联用的接口技术一、GC-MS联用接口技术评介二、目前常用的 GC-MS接口第三节气相色谱质谱联用中常用的衍生化方法一、一般介绍二、硅烷化衍生化三、酰化衍生化四、烷基化衍生化第四节气相色谱质谱联用质谱谱库和计算机检索一、常用的质谱谱库二、NIST/EPA/NIH库及其检索简介三、使用谱库检索时应注意的问题四、互联网上有关GC-MS和的信息资源第五节气相色谱质谱联用技术的应用一、GC-MS检测环境样品中的二噁英二、GC-MS在兴奋剂检测中的应用三、GC-MS区分空间异构体四、常用于GC-MS 检测提高信噪比的方法五、GC-MS（ TOF）的应用气质联用仪是分析仪器中较早实现联用技术的仪器。

自1957年霍姆斯和莫雷尔首次实现GC-MS系统的组成气相色谱和质谱联用以后，这一技术得到长足的发展。

在所有联用技术中气质联用，即GC-MS发展最完善，应用最广泛。

目前从事有机物分析的实验室几乎都把GC-MS作为主要的定性确认手段之一，在很多情况下又用GC-MS进行定量分析。

另一方面，目前市售的有机质谱仪，不论是磁质谱、四极杆质谱、离子阱质谱还是飞行时间质谱（TOF），傅里叶变换质谱（FTMS）等均能和气相色谱联用。

还有一些其他的气相色谱和质谱联接的方式，如气相色谱! 燃烧炉! 同位素比质谱等。

GC-MS逐步成为分析复杂混合物最为有效的手段之一。

GC-MS联用仪系统一般由图11-3-1所示的各部分组成。

气相色谱仪分离样品中各组分，起着样品制备的作用；接口把气相色谱流出的各组分送入质谱仪进行检测，起着气相色谱和质谱之间适配器的作用，由于接口技术的不断发展，接口在形式上越来越小，也越来越简单；质谱仪对接口依次引入的各组分进行分析，成为气相色谱仪的检测器；计算机系统交互式地控制气相色谱、接口和质谱仪，进行数据采集和处理，是GC-MS的中央控制单元。

生化分析中的色谱和质谱联用技术随着科技的不断更新和发展，生化分析的技术已经有了很大的改进，其中色谱和质谱联用技术（GC-MS, HPLC-MS）成为了生化分析中不可或缺的工具。

本文将从什么是色谱和质谱以及其原理、在生化分析中的具体应用、优点和缺点等方面进行详细介绍。

一、色谱和质谱的概述色谱（chromatography）为分离物质的一种方法，原理是通过载体或相沉淀作用使不同种类的物质分离开来，具体分为气相色谱（Gas Chromatography, GC）和高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography，HPLC）。

质谱（mass spectrometry）是一种分析方法，基于原子（或分子）质量对化合物进行测量，其峰形代表化合物的质量谱或单离子。

GC-MS联用技术是将两种分析技术相结合，通过GC将待测物质分离后送入MS，通常适用于研究挥发性化合物（volatile compounds），如药物代谢、毒理学研究、环境污染研究等。

HPLC-MS（毛细管电泳质谱联用技术）同样是将两种技术结合起来，HPLC通过液相色谱分离，然后将分离后的化合物直接送入MS中进行分析，通常用于非挥发化合物的分析。

二、在生化分析中的应用1. 药品检测联用GC-MS技术的应用非常广泛，尤其在药物代谢学领域内，可以用于对药品的分析、总神经酰胺的测定以及物质滥用检测等。

在药物治疗方面，GC-MS可以用于对药物每个亚型在体内的代谢作用进行测定；在毒三联检测（毒物热线，毒物测定，毒抗检测）中，GC-MS可以检测到已知和未知物质，以及这些物质在对体内代谢和转化后的产物。

2. 食品检测色谱和质谱联用技术也被广泛应用于食品的检测中，可以用于检测食品加工中杂质的状况，包括油脂、蛋白质和糖类等成分，以及检测食品中有害物质的存在，如酒精、咖啡因、合成色素、添加剂及其他污染物等。

3. 分析环境污染GC-MS可以用于环境污染物的监测分析，如检测空气中的有机物和水中的有机物、致癌物质和有毒物质等。

气相色谱法-质谱联用气相色谱法–质谱法联用（英语：Gas chromatography–mass spectrometry，简称气质联用，英文缩写GC-MS)是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。

GC-MS的使用包括药物检测（主要用于监督药物的滥用）、火灾调查、环境分析、爆炸调查和未知样品的测定。

GC-MS也用于为保障机场安全测定行李和人体中的物质。

另外，GC-MS 还可以用于识别物质中以前认为在未被识别前就已经蜕变了的痕量元素。

GC-MS已经被广泛地誉为司法学物质鉴定的金标方法，因为它被用于进行“专一性测试”。

所谓“专一性测试”就是能十分肯定地在一个给定的试样中识别出某个物质的实际存在。

而非专一性测试则只能指出试样中有哪类物质存在。

尽管非专一性测试能够用统计的方法提示该物质具体是那种物质，但存在识别上的正偏差。

目录1 历史2 仪器设备2.1 GC-MS吹扫和捕集2.2 质谱检测器的类型3 分析3.1 MS全程扫描3.2 选择的离子检测3.3 离子化类型3.3.1 电子离子化3.3.2 化学离子化3.4 GC-串联MS4 应用4.1 环境检测和清洁4.2 刑事鉴识4.3 执法方面的应用4.4 运动反兴奋剂分析4.5 社会安全4.6 食品、饮料和香水分析4.7 天体化学4.8 医药5 参考文献6 参考书目7 外部链接历史用质谱仪作为气相色谱的检测器是上个世纪50年代期间由Roland Gohlke和Fred McLafferty首先开发的。

当时所使用的敏感的质谱仪体积庞大、容易损坏只能作为固定的实验室装置使用。

价格适中且小型化的电脑的开发为这一仪器使用的简单化提供了帮助，并且，大大地改善了分析样品所花的时间。

1964年，美国电子联合公司（Electronic Associates, Inc. 简称EAI)-美国模拟计算机供应商的先驱在开始开发电脑控制的四极杆质谱仪Robert E. Finnigan的指导下[3]开始开发电脑控制的四极杆质谱仪。

气相色谱质谱联用
气相色谱-质谱联用仪是一种质谱仪，应用于医学、物理学，气相色谱的流动相为惰性气体，气-固色谱法中以表面积大且具有一定活性的吸附剂作为固定相。

当多组分的混合样品进入色谱柱后，由于吸附剂对每个组分的吸附力不同，经过一定时间后，各组分在色谱柱中的运行速度也就不同。

吸附力弱的组分容易被解吸下来，最先离开色谱柱进入检测器，而吸附力最强的组分最不容易被解吸下来，因此最后离开色谱柱。

如此，各组分得以在色谱柱中彼此分离，顺序进入检测器中被检测、记录下来。

质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。

在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。

气相色谱法–质谱法联用（GC-MS)是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。

其主要应用于工业检测、食品安全、环境保护等众多领域。

如农药残留、食品添加剂等；纺织品检测如禁用偶氮染料、含氯苯酚检测等。

化妆品检测如二恶烷，香精香料检测等；电子电器产品检测，如多溴联苯、多溴联苯醚检测等；物证检验中可能涉及各种各样的复杂化合物，气质联用仪器对于这些
司法鉴定过程中复杂化合物的定性定量分析提供强有力的支持。