气相色谱与气质联用原理简介

色谱法也叫层析法，它是一种高效能的物理分离技术，将它用于分析化学并配合适当的检测手段,就成为色谱分析法。色谱法的最早应用是用于分离植物色素，其方法是这样的：在一玻璃管中放入碳酸钙,将含有植物色素（植物叶的提取液的石油醚倒入管中。此时，玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗，随着石油醚的加入，谱带不断地向下移动，并逐渐分开成几个不同颜色的谱带，继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素,并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。现在的色谱法早已不局限于色素的分离，其方法也早已得到了极大的发展，但其分离的原理仍然是一样的。我们仍然叫它色谱分析。一、色谱分离基本原理：由以上方法可知，在色谱法中存在两相，一相是固定不动的，我们把它叫做固定相;另一相则不断流过固定相，我们把它叫做流动相。色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。使用外力使含有样品的流动相（气体、液体通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时，混合物中的各组分与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定相保留的时间不同，从而按一定次序由固定相中先后流出。与适当的柱后检测方法结合，实现混合物中各组分的分离与检测。二、色谱分类方法：色谱分析法有很多种类，从不同的角度出发可以有不同的分类方法。从两相的状态分类色谱法中，流动相可以是气体，也可以是液体，由此可分为气相色谱法（GC和液相色谱法（LC。固定相既可以是固体，也可以是涂在固体上的液体，由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气-液色谱、气-固色谱、液-固色谱、液-液色气相色谱仪的组成：载气处理控制系统：专用气源,进入气体恒定；进样装置：液体样品手动进样：实验室；气体样品定量管进样：工业色谱柱:分离混合样品组分：填充、毛细管。吸附（固、分配（液检测器和记录仪：热导、电离2.定性和定量分析色谱图分析组分物质；分析组分含量。基线滞留时间:峰值最大；死时间；峰高、峰宽、半峰宽；峰面积、分辨率3.定性分析滞留时间法:滞留时间一定，由此判别组分。加入纯物质法：加入后分析色谱峰值判别。4.定量分析定量进样法:面积归-化法:外标法:智能化GC7890F气相色谱仪操作规程,填充柱恒温操作1.打开载气高压阀,调节减压阀至所需压力（载气输入到GC7890系列气相色谱仪的压力必须在0.343MPa0.392MPa，如果使用氢气为载气时,输入到气相色谱仪的载气入口压力应为0.343MPa。打开净化器上的载气开关阀,用检漏液检漏，保证气密性良好。调节载气稳流阀载气使流量达到适当值（查N2或H2流量输出曲线7890II用刻度流量表,通载气10min以上。2.打开电源开关，根据分析需要设置柱温、进样温度和FID检测器的温度（FID检测器的温度应100Co3.打开空气、氢气高压阀，调节减压阀至所需压力（空气输入到GC7890系列气相色谱仪的压力必须在0.294MPa0.392MPa，氢气输入到GC7890系列气相色谱仪的压力必须在0.196MPa0.392MPao打开净化器的空气、氢气开关阀,分别调节空气和氢气针形阀使流量达到适当值（查空气和H2流量输出曲线针形阀刻度流量表。4.按基流键,观察此时的基流值。5.按量程键，设置FID检测器微电流放大器的量程。按衰减键，设置输出信号的衰减值6.打开T2000P色谱工作站点击电脑桌面上图标打开T2000P色谱工作站，进入通道1,点击【样品项】，选择【添加】，进入样品项设置界面，点击【新建】按钮，进入【新建一个样品项】的窗口，根据提示完成样品信息和使用方法的设置，并点击【完成】按钮确认，即可完成样品项设置，回到样品项设置=通道T界面，点击【加入】，然后点击【关闭】，此时界面回到通道1。选择刚刚加入的样品项，让其反蓝显示，点击图标（即数据采集开始图标，色谱工作站开始走基线。7.待FID检测器的温度升高到100C以上，按点火键，点燃FID检测器的火焰。8点火后再观察基流值，如果此时基流显示值大于原来的显示值，说明FID的火焰已点燃（色谱工作站上基线急剧上升后将回到高于点火前基线的位置。9.进样分析点火后让基线走一段时间，平稳后点击色谱工作站上图标（即数据采集结束图标，停止走基线,色谱工作站处于等待状态，用微量进样器进样，同时按下信号遥感器，色谱工作站开始数据米集。待峰出完后，点击图标，停止数据米集。在停止米集后，可以在通道1界面“已完成进样”这里找到刚刚采集的谱图名，让其反蓝显示，然后点击按钮，进入再处理”界面;点击按钮，进入报告预览”界面；在这两个界面下，都可以看到需要的信息，如保留时间，峰面积等。10.关机时，先关闭高效净化器的氢气和空气开关阀，以切断FID检测器的燃气和助燃气将火焰熄灭。然后设置柱箱、检测器、进样器的温度至30C,气相色谱仪开始降温，在柱箱温度低于80C以下才能关闭电源，最后再关闭载气。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，它们被安放在真空总管道内。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。I接口作用:l压力匹配一一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。l组分浓缩一一从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:l分子分离器连接（主要用于填充柱l扩散型一一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。l直接连接法（主要用于毛细管柱I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。I开口分流连接I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:l电子轰击离子化（electronimpactionization.ElIEI是最常用的一种离子源，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。lEI特点:l电离效率高，能量分散小，结构简单，操作方便。l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。l所得分子离子峰不强，有时不能识别。l本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物。l化学离子化（chemicalionization,CIl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。lCI特点l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。l分子离子峰弱,但（M+1峰强，这提供了分子量信息。场致离子化（fieldionization,FIl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、苯丙胺类等。能产生较强的分子离子峰和准分子离子峰。场解吸离子化（fielddesorptionionization,FDl用于极性大、难气化、对热不稳定的化合物。负离子化学离子化（negativeionchemicalionization,NICIl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。常见质量分析器有l四极质量分析器（quadrupoleanalyzerI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。扇形质量分析器I磁式扇形质量分析器（magnetic-sectormassanalyzer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:lI当H,V定时,只有某一质荷比的离子能通过狭缝到达检测器。I特点:分辨率低，对质量同、能量不同的离子分辨较困难。I双聚焦质量分析器（double-focusingmassassay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。l离子阱检测器（iontrapdetectorl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l总离子流色谱法（totalionizationchromatography,TIC类似于GC图谱，用于定量。l反复扫描法（repetitivescanningmethod,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。l选择性离子监测（selectedionmonitoring,SIM对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得这些离子流强度随时间的变化曲线。其检测灵敏度较总离子流检测高2-3个数量级。质谱图一一为带正电荷的离子碎片质荷比与其相对强度之间关系的棒图。质谱图中最强峰称为基峰，其强度规定为100%,其它峰以此峰为准，确定其相对强度。