一文掌握GC/MS分析方法

质谱仪种类很多，不同类型的质谱仪主要差别在于离子源。离子源的不同决定了对被测样品的不同要求，同时，所得信息也不同。质谱仪的分辨率同样十分重要，高分辨质谱仪可给出化合物的组成式，对于未知物定性至关重要。因此，在进行质谱分析前，要根据样品状况和分析要求选择合适的质谱仪。

目前，有机质谱仪主要有两大类：

气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)与液相色谱-质谱联用仪(LC/MS)，现就GC/MS的分析方法叙述如下:

1.GC-MS分析条件的选择

在GC-MS分析中，色谱的分离与质谱数据的采集同时进行，为了使每个组分都得到分离和鉴定，必须设备合适的色谱和质谱分析条件：

色谱条件包括色谱柱类型(填充柱或毛细管柱)，固定液种类，汽化温度，载气流量，分流比，温升程序等。

设置原则是：

一般情况下均使用毛细管柱，极性样品使用极性毛细管柱，非极性样品采用非极性毛细管柱，未知样品可先用中等极性毛细管柱，试用后再调整。当然，如果有文献可以参考，就采用文献所用条件。

质谱条件包括：

电离电压，电子电流，扫描速度，质量范围，这些都要根据样品情况进行设定。为了保护灯丝和倍增器，在设定质谱条件时，还要设置溶剂去除时间，使溶剂峰通过离子源之后再打开灯丝和倍增器。在所有的条件确定之后，将样品用微量注射器注入进样口，同时，启动色谱与质谱，进行GC-MS分析。

2.GC-MS数据采集

有机混合物样品通过带有微型注射器的色谱仪进样口注入，由色谱柱分离，进入质谱仪，离子源电离成离子。离子通过质量分析仪和检测器后，它们成为质谱仪信号并输入计算机。样品从色谱柱连续流入离子源，离子从离子源连续进入分析仪，连续获得质谱。只要设定分析仪的扫描质量范围和扫描时间，计算机就可以逐个采集质谱。

如果没有样品进入离子源，计算机采集的每个质谱的离子强度为0。当样品通过离子源时，计算机采集具有一定离子强度的质谱。计算机可以自动添加每个质谱的所有离子强度。它显示了总离子强度。总离子强度随时间的变化曲线为总离子色谱图。总离子色谱图的形状与普通色谱图一致。它可以被认为是用质谱作为检测器得到的色谱图。

质谱仪扫描方式有两种：全扫描与选择离子扫描：

全扫描是对指定质量范围内的离子全部扫描并记录,得到的是正常的质谱图,这种质谱图可以提供未知物的分子量和结构信息。可以进行库检索。

质谱仪还有另外一种扫描方式叫选择离子监测(Selection Moniring SIM)。此种扫描方式是只针对选定的离子进行检测，而其它离子不被记录。

它最大的优势是：

首先，对离子进行选择性检测，只记录特征离子和感兴趣的离子，排除无关干扰离子；

二是选定离子的检测灵敏度大大提高。在正常扫描情况下，假定一秒钟扫描2～500个质量单位。那么，扫过每个质量所花的时间大约是1/500秒，也就是说，在每次扫描中，有1/500秒的时间是在接收某一质量的离子。在选择离子扫描的情况下，假定只检测5个质量的离子，同样，也用一秒，那么，扫过一个质量所花的时间大约是1/5秒。也就是说，在每次扫描中，有1/5秒时间是在接收某一质量的离子。因此，采用选择离子扫描方式比正常扫描方式灵敏度可提高大约100倍。

由于选择性离子扫描只能检测有限数量的离子，不能获得完整的质谱，因此不能用于未知物质的定性分析。然而，如果选定的离子具有良好的特性，它也可用于指示化合物的存在。选择离子扫描法的主要目的是定量分析。由于其良好的选择性，它可以使用全扫描法获得的非常复杂的总离子色谱图变得非常简单。消除其他群体造成的干扰。

3.GC-MS得到的信息

1、总离子色谱图

计算机可以将从每个质谱中收集的所有离子相加，得到总离子强度。总离子强度随时间的曲线为总离子色谱图。总离子色谱图的横坐标是峰时间，纵坐标是峰高。图中的每个峰代表样品的一个组分，可从每个峰获得相应化合物的质谱；峰面积与成分含量成正比，可用于定量。GC-MS得到的总离子色谱图与普通色谱图基本一致。只要色谱柱相同，样品的峰序就会相同。不同之处在于总离子色谱中使用的检测器是质谱仪，而普通色谱中使用的检测器是氢火焰、热导率等。两种色谱中各组分的校正系数不同。

2、质谱图

由总离子色谱图可以得到任何一种组分的质谱图。一般情况下，为了提高信噪比。通常由色谱峰峰顶处得到相应质谱图，但如果两个色谱峰具有相互干扰，应尽量选择不发生干扰的位置而得到质谱，或通过扣本底消除其他组分影响。

3、库检索

得到质谱图后可以通过计算机检索对未知化合物进行定性。检索结果可以给出几个可能的化合物，并以匹配度大小顺序排列出这些化合物的名称、分子式、分子量和结构式等。使用者可以根据检索结果和其它的信息，对未知物进行定性分析。目前，GC-MS联用仪有几种数据库。应用最为广泛的有NIST库和Willey库，前者目前有标准化合物谱图13万张，后者有近30万张。此外，还有毒品库、农药库等专用谱库。

4、质量色谱图(或提取离子色谱图)

总离子色谱图是将每种质谱的所有离子加和得到。同样，由质谱中任何质量离子也可得到色谱图，即，质量色谱图。质量色谱图是由全扫描质谱中提取出一种质量的离子而得到的色谱图。因此，又称为提取离子色谱图。假定做质量为m的离子质量色谱图，如果某化合物质谱中不存在该种离子，那么该化合物就不会出现色谱峰。

一个混合物样品中可能只有几个甚至一个化合物出峰。利用该特点可识别具有某种特征的化合物，也可通过选择不同质量的离子做质量色谱图，使正常色谱不能分开的两个峰实现分离，以便进行定量分析。由于，质量色谱图是采用一种质量的离子作色谱图。因此，进行定量分析时也需要使用同一离子得到质量色谱图测定校正因子。

5、选择离子监测(Selection monitoring，SIM)

一般扫描方式是连续改变Vrf，使不同质荷比的离子顺序通过分析器到达检测器，而选择离子监测则是对选定离子进行跳跃式扫描。采用该种扫描方式可提高检测灵敏度。由于该种方式灵敏度高，因此，适用于量少且不易得到的样品分析。利用选择离子方式不仅灵敏度高，而且选择性好，在许多干扰离子存在时，利用正常扫描方式所得信号值可能很小，噪音可能很大，但用选择离子扫描方式，只选择特征离子，噪音会变得很小，信噪比大大提高。

在对复杂体系中某一微量成分进行定量分析时，常采用选择离子扫描方式。由于，选择离子扫描不能得到样品全谱。因此，该种谱图不能进行库检索，利用选择离子扫描方式进行GC-MS联用分析时，得到的色谱图在形式上类似质量色谱图，但实际上，二者有巨大的差别。质量色谱图利用全扫描方式得到。因此，可得到任何一个质量的质量色谱图;选择离子扫描是选择了一定m/z离子。扫描时选定哪个质量，就只能有那个质量的色谱图。如果二者选择同一质量，那么，用SIM灵敏度要高得多。

4.GC-MS定性分析

目前，GC-MS数据库中通常存储了近300000个化合物的标准质谱。因此，GC-MS的主要定性方法是数据库检索。从总离子色谱图中可以得到任何组分的质谱，并且可以通过计算机在数据库中检索质谱。搜索结果可以给出几种最有可能的化合物。

包括：化合物名称、分子式、分子量、基峰及可靠程度。下图是由计算机给出的某未知物谱图检索结果。

某未知化合物检索结果

利用计算机进行库检索是一种快速、方便定性方法，但是，在利用计算机检索时应注意如下几个问题：

数据库中所存质谱图有限，如果未知物是数据库中没有的化合物，检索结果也给出几个相近的化合物。显然，这种结果是错误的。由于质谱法本身的局限性，一些结构相近的化合物其质谱图也相似，这种情况也可能造成检索结果不可靠。

由于色谱峰分离不好以及本底及噪音的影响，使得到的质谱图质量不高，这样所得到的检索结果也会很差。

因此，在利用数据库检索之前，应首先得到一张很好的质谱图，并利用质量色谱图等技术判断质谱中有没有杂质峰;得到检索结果之后，还应根据未知物的物理、化学性质以及色谱保留值、红外、核磁谱等综合考虑,才能给出定性结果。

5.GC-MS定量分析

GC-MS定量分析方法类似于色谱法定量分析，由GC-MS得到的总离子色谱图或质量色谱图，其色谱峰面积与相应组分的含量成正比，若对某一组份进行定量测定，可以采用色谱分析法中的归一化法、外标法、内标法等不同方法进行。

此时，GC-MS方法可以理解为使用质谱仪作为色谱检测器。其余与色谱法相同。与色谱法的不同之处在于，GC-MS法不仅可以使用总离子色谱进行定量，还可以使用质谱进行定量，这可以最大程度地消除其他组分的干扰。

应该注意的是，质谱图的峰面积与总离子色谱图的峰面积大不相同，因为它由一个质量离子组成。在定量分析过程中，峰面积和校正因子需要使用质谱图。

为了提高检测灵敏度，减少其他组分的干扰，质谱仪在GC-MS定量分析过程中往往采用选择性离子扫描。对于要测试的组件，可以选择一个或多个特征离子，并且这些离子不存在于相邻组件中。用这种方法获得的色谱图对待测组分没有干扰。同时，它具有很高的灵敏度。具体分析方法与质谱法相似，但其灵敏度高于GC-MS定量分析中常用的质谱法。

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