【收藏】氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本原理（2018官方整理資源）

基本應(yīng)用 ：

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(lái)的樣品通過(guò)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。

GC-MS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(guò)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)接口是GC到MS的連接部件。最常見(jiàn)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。

1、離子源

離子源的作用是接受樣品產(chǎn)生離子，常用的離子化方式有:

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

EI特點(diǎn):

⑴、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。

⑵、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。

⑶、所得分子離子峰不強(qiáng)，有時(shí)不能識(shí)別。

本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。

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。

CI特點(diǎn)

(1)、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。

(2)、分子離子峰弱，但(M+1) 峰強(qiáng)，這提供了分子量信息。

(3)、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。

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。

負(fù)離子化學(xué)離子化(negative ion chemical ionization，NICI)是在正離子MS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)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(jiàn)質(zhì)量分析器有:

四極質(zhì)量分析器(quadrupoleanalyzer)

原理: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(guò)四極桿，到達(dá)檢測(cè)器，其余離子因振幅過(guò)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)。

扇形質(zhì)量分析器

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(guò)狹縫到達(dá)檢測(cè)器。

特點(diǎn):分辨率低，對(duì)質(zhì)量同、能量不同的離子分辨較困難。

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(guò)，并按不同能量聚焦，先后進(jìn)入磁分析器，經(jīng)過(guò)兩次聚焦，大大提高了分辨率。

3、檢測(cè)器

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(guò)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。

4、真空系統(tǒng)

由于質(zhì)譜儀必須在真空條件下才能工作，因此真空度的好壞直接影響了氣質(zhì)聯(lián)用儀的性能。一般真空系統(tǒng)由兩級(jí)真空組成，前級(jí)真空泵和高真空泵。前級(jí)真空泵的主要作用是給高真空泵提供一個(gè)運(yùn)行的環(huán)境，一般為機(jī)械旋片泵。高真空泵主要有油擴(kuò)散泵和渦輪分子泵，目前主要應(yīng)用的是渦輪分子泵

主要性能指標(biāo)

氣質(zhì)聯(lián)用儀的整體性能指標(biāo)主要有以下幾個(gè)：質(zhì)量范圍、分辨率、靈敏度、質(zhì)量準(zhǔn)確度、掃描速度、質(zhì)量軸穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)范圍。

質(zhì)量范圍指的是能檢測(cè)的最低和最高質(zhì)量，決定了儀器的應(yīng)用范圍，取決于質(zhì)量分析器的類型。四極桿質(zhì)量分析器的質(zhì)量范圍下限1~10，上限500~1200。

分辨率是指質(zhì)譜分辨相鄰兩個(gè)離子質(zhì)量的能力，質(zhì)量分析器的類型決定了質(zhì)譜儀的分辨能力。四極桿質(zhì)量分析器的分辨率一般為單位質(zhì)量分辨力。

靈敏度：氣質(zhì)聯(lián)用儀一般采用八氟萘作為靈敏度測(cè)試的化合物，選擇質(zhì)量數(shù)272的離子，以1pg八氟萘的均方根（RMS）信噪比來(lái)表示。靈敏度的高低不僅與氣質(zhì)聯(lián)用儀的性能有關(guān)，測(cè)試條件也會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

質(zhì)量準(zhǔn)確度為離子質(zhì)量測(cè)定的準(zhǔn)確性，與分辨率一樣取決于質(zhì)量分析器的類型。四極桿質(zhì)量分析器屬于低分辨質(zhì)譜，質(zhì)量準(zhǔn)確度為0.1u。

掃描速度定義為每秒鐘掃描的最大質(zhì)量數(shù)，是數(shù)據(jù)采集的一個(gè)基本參數(shù)，對(duì)于獲得合理的譜圖和好的峰形有顯著的影響。

質(zhì)量軸穩(wěn)定性是指在一定條件下，一定時(shí)間內(nèi)質(zhì)量標(biāo)尺發(fā)生偏移的程度，一般多以24h內(nèi)某一質(zhì)量測(cè)定值的變化來(lái)表示。

動(dòng)態(tài)范圍決定了氣質(zhì)聯(lián)用儀的檢測(cè)濃度范圍。

測(cè)定方法

總離子流色譜法(totalionization chromatography，TIC)--類似于GC圖譜，用于定量。l反復(fù)掃描法(repetitive scanningmethod，RSM)--按一定間隔時(shí)間反復(fù)掃描，自動(dòng)測(cè)量、運(yùn)算，制得各個(gè)組分的質(zhì)譜圖，可進(jìn)行定性。l質(zhì)量色譜法(masschromatography，MC)--記錄具有某質(zhì)荷比的離子強(qiáng)度隨時(shí)間變化圖譜。在選定的質(zhì)量范圍內(nèi)，任何一個(gè)質(zhì)量數(shù)都有與總離子流色譜圖相似的質(zhì)量色譜圖。

選擇性離子監(jiān)測(cè)(selectedion monitoring，SIM)--對(duì)選定的某個(gè)或數(shù)個(gè)特征質(zhì)量峰進(jìn)行單離子或多離子檢測(cè)，獲得這些離子流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。其檢測(cè)靈敏度較總離子流檢測(cè)高2~3個(gè)數(shù)量級(jí)。

質(zhì)譜圖--為帶正電荷的離子碎片質(zhì)荷比與其相對(duì)強(qiáng)度之間關(guān)系的棒圖。質(zhì)譜圖中最強(qiáng)峰稱為基峰，其強(qiáng)度規(guī)定為100%，其它峰以此峰為準(zhǔn)，確定其相對(duì)強(qiáng)度。