氣相色譜與氣質(zhì)聯(lián)用原理簡介

色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術(shù)，將它用于分析化學(xué)并配合適當(dāng)?shù)臋z測手段,就成為色譜分析法。色譜法的最早應(yīng)用是用于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣,將含有植物色素（植物葉的提取液的石油醚倒入管中。此時(shí)，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動(dòng)，并逐漸分開成幾個(gè)不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素,并可分別進(jìn)行鑒定。色譜法也由此而得名?，F(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。一、色譜分離基本原理：由以上方法可知，在色譜法中存在兩相，一相是固定不動(dòng)的，我們把它叫做固定相;另一相則不斷流過固定相，我們把它叫做流動(dòng)相。色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、吸附能力等親和能力的不同來進(jìn)行分離的。使用外力使含有樣品的流動(dòng)相（氣體、液體通過一固定于柱中或平板上、與流動(dòng)相互不相溶的固定相表面。當(dāng)流動(dòng)相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時(shí)，混合物中的各組分與固定相發(fā)生相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異，與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、強(qiáng)弱不同，隨著流動(dòng)相的移動(dòng)，混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡，使得各組分被固定相保留的時(shí)間不同，從而按一定次序由固定相中先后流出。與適當(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合，實(shí)現(xiàn)混合物中各組分的分離與檢測。二、色譜分類方法：色譜分析法有很多種類，從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。從兩相的狀態(tài)分類色譜法中，流動(dòng)相可以是氣體，也可以是液體，由此可分為氣相色譜法（GC和液相色譜法（LC。固定相既可以是固體，也可以是涂在固體上的液體，由此又可將氣相色譜法和液相色譜法分為氣-液色譜、氣-固色譜、液-固色譜、液-液色氣相色譜儀的組成：載氣處理控制系統(tǒng)：專用氣源,進(jìn)入氣體恒定；進(jìn)樣裝置：液體樣品手動(dòng)進(jìn)樣：實(shí)驗(yàn)室；氣體樣品定量管進(jìn)樣：工業(yè)色譜柱:分離混合樣品組分：填充、毛細(xì)管。吸附（固、分配（液檢測器和記錄儀：熱導(dǎo)、電離2.定性和定量分析色譜圖分析組分物質(zhì)；分析組分含量?；€滯留時(shí)間:峰值最大；死時(shí)間；峰高、峰寬、半峰寬；峰面積、分辨率3.定性分析滯留時(shí)間法:滯留時(shí)間一定，由此判別組分。加入純物質(zhì)法：加入后分析色譜峰值判別。4.定量分析定量進(jìn)樣法:面積歸-化法:外標(biāo)法:智能化GC7890F氣相色譜儀操作規(guī)程,填充柱恒溫操作1.打開載氣高壓閥,調(diào)節(jié)減壓閥至所需壓力（載氣輸入到GC7890系列氣相色譜儀的壓力必須在0.343MPa0.392MPa，如果使用氫氣為載氣時(shí),輸入到氣相色譜儀的載氣入口壓力應(yīng)為0.343MPa。打開凈化器上的載氣開關(guān)閥,用檢漏液檢漏，保證氣密性良好。調(diào)節(jié)載氣穩(wěn)流閥載氣使流量達(dá)到適當(dāng)值（查N2或H2流量輸出曲線7890II用刻度流量表,通載氣10min以上。2.打開電源開關(guān)，根據(jù)分析需要設(shè)置柱溫、進(jìn)樣溫度和FID檢測器的溫度（FID檢測器的溫度應(yīng)100Co3.打開空氣、氫氣高壓閥，調(diào)節(jié)減壓閥至所需壓力（空氣輸入到GC7890系列氣相色譜儀的壓力必須在0.294MPa0.392MPa，氫氣輸入到GC7890系列氣相色譜儀的壓力必須在0.196MPa0.392MPao打開凈化器的空氣、氫氣開關(guān)閥,分別調(diào)節(jié)空氣和氫氣針形閥使流量達(dá)到適當(dāng)值（查空氣和H2流量輸出曲線針形閥刻度流量表。4.按基流鍵,觀察此時(shí)的基流值。5.按量程鍵，設(shè)置FID檢測器微電流放大器的量程。按衰減鍵，設(shè)置輸出信號(hào)的衰減值6.打開T2000P色譜工作站點(diǎn)擊電腦桌面上圖標(biāo)打開T2000P色譜工作站，進(jìn)入通道1,點(diǎn)擊【樣品項(xiàng)】，選擇【添加】，進(jìn)入樣品項(xiàng)設(shè)置界面，點(diǎn)擊【新建】按鈕，進(jìn)入【新建一個(gè)樣品項(xiàng)】的窗口，根據(jù)提示完成樣品信息和使用方法的設(shè)置，并點(diǎn)擊【完成】按鈕確認(rèn)，即可完成樣品項(xiàng)設(shè)置，回到樣品項(xiàng)設(shè)置=通道T界面，點(diǎn)擊【加入】，然后點(diǎn)擊【關(guān)閉】，此時(shí)界面回到通道1。選擇剛剛加入的樣品項(xiàng)，讓其反藍(lán)顯示，點(diǎn)擊圖標(biāo)（即數(shù)據(jù)采集開始圖標(biāo)，色譜工作站開始走基線。7.待FID檢測器的溫度升高到100C以上，按點(diǎn)火鍵，點(diǎn)燃FID檢測器的火焰。8點(diǎn)火后再觀察基流值，如果此時(shí)基流顯示值大于原來的顯示值，說明FID的火焰已點(diǎn)燃（色譜工作站上基線急劇上升后將回到高于點(diǎn)火前基線的位置。9.進(jìn)樣分析點(diǎn)火后讓基線走一段時(shí)間，平穩(wěn)后點(diǎn)擊色譜工作站上圖標(biāo)（即數(shù)據(jù)采集結(jié)束圖標(biāo)，停止走基線,色譜工作站處于等待狀態(tài)，用微量進(jìn)樣器進(jìn)樣，同時(shí)按下信號(hào)遙感器，色譜工作站開始數(shù)據(jù)米集。待峰出完后，點(diǎn)擊圖標(biāo)，停止數(shù)據(jù)米集。在停止米集后，可以在通道1界面“已完成進(jìn)樣”這里找到剛剛采集的譜圖名，讓其反藍(lán)顯示，然后點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入再處理”界面;點(diǎn)擊按鈕，進(jìn)入報(bào)告預(yù)覽”界面；在這兩個(gè)界面下，都可以看到需要的信息，如保留時(shí)間，峰面積等。10.關(guān)機(jī)時(shí)，先關(guān)閉高效凈化器的氫氣和空氣開關(guān)閥，以切斷FID檢測器的燃?xì)夂椭細(xì)鈱⒒鹧嫦?。然后設(shè)置柱箱、檢測器、進(jìn)樣器的溫度至30C,氣相色譜儀開始降溫，在柱箱溫度低于80C以下才能關(guān)閉電源，最后再關(guān)閉載氣。氣-質(zhì)聯(lián)用GC/MS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出來的樣品通過接口進(jìn)入到質(zhì)譜儀，接口是色質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。I接口作用:l壓力匹配一一質(zhì)譜離子源的真空度在10-3Pa而GC色譜柱出口壓力高達(dá)105Pa接口的作用就是要使兩者壓力匹配。l組分濃縮一一從GC色譜柱流出的氣體中有大量載氣，接口的作用是排除載氣，使被測物濃縮后進(jìn)入離子源。常見接口技術(shù)有:l分子分離器連接（主要用于填充柱l擴(kuò)散型一一擴(kuò)散速率與物質(zhì)分子量的平方成反比，與其分壓成正比。當(dāng)色譜流出物經(jīng)過分離器時(shí),小分子的載氣易從微孔中擴(kuò)散出去，被真空泵抽除，而被測物分子量大，不易擴(kuò)散則得到濃縮。l直接連接法（主要用于毛細(xì)管柱I在色譜柱和離子源之間用長約50cm內(nèi)徑0.5mm的不銹鋼毛細(xì)管連接，色譜流出物經(jīng)過毛細(xì)管全部進(jìn)入離子源，這種接口技術(shù)樣品利用率高。I開口分流連接I該接口是放空一部分色譜流出物，讓另一部分進(jìn)入質(zhì)譜儀，通過不斷流入清洗氦氣，將多余流出物帶走。此法樣品利用率低。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:l電子轟擊離子化（electronimpactionization.ElIEI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,在電場作用下，正離子被加速、聚焦、進(jìn)入質(zhì)量分析器分析。lEI特點(diǎn):l電離效率高，能量分散小，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。l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。l所得分子離子峰不強(qiáng)，有時(shí)不能識(shí)別。l本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。l化學(xué)離子化（chemicalionization,CIl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。lCI特點(diǎn)l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，譜形簡單。l分子離子峰弱,但（M+1峰強(qiáng)，這提供了分子量信息。場致離子化（fieldionization,FIl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。場解吸離子化（fielddesorptionionization,FDl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（negativeionchemicalionization,NICIl是在正離子MS的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種離子化方法，其給出特征的負(fù)離子峰，具有很高的靈敏度（10-15g。質(zhì)量分析器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。常見質(zhì)量分析器有l(wèi)四極質(zhì)量分析器（quadrupoleanalyzerI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四極桿,到達(dá)檢測器，其余離子因振幅過大與電極碰撞，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)檢測器，被分離檢測。扇形質(zhì)量分析器I磁式扇形質(zhì)量分析器（magnetic-sectormassanalyzer被電場加速的離子進(jìn)入磁場后，運(yùn)動(dòng)軌道彎曲了，離子軌道偏轉(zhuǎn)可用公式表示:lI當(dāng)H,V定時(shí),只有某一質(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達(dá)檢測器。I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。I雙聚焦質(zhì)量分析器（double-focusingmassassay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，并按不同能量聚焦,先后進(jìn)入磁分析器，經(jīng)過兩次聚焦，大大提高了分辨率。l離子阱檢測器（iontrapdetectorl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)，通過底端小孔進(jìn)入檢測器。檢測器檢測器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號(hào),并將信號(hào)放大，常用檢測器是電子倍增器。當(dāng)離子撞擊到檢測器時(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，可大大提高檢測靈敏度。GC-MS的常用測定方法l總離子流色譜法（totalionizationchromatography,TIC類似于GC圖譜，用于定量。l反復(fù)掃描法（repetitivescanningmethod,RSM按一定間隔時(shí)間反復(fù)掃描，自動(dòng)測量、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。l選擇性離子監(jiān)測（selectedionmonitoring,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，獲得這些離子流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。其檢測靈敏度較總離子流檢測高2-3個(gè)數(shù)量級(jí)。質(zhì)譜圖一一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。