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质谱分析方法(一)

发布时间:2018-05-11 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1260

质谱仪种类很多,不同类型的质谱仪的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,同时所得到的信息也不同。质谱仪的分辨率也非常重要,高分辨质谱仪可以给出化合物的组成式,这对于未知物定性是至关重要的。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,大部分有机质谱仪与色谱联用,联用仪主要有两大类:气相色谱-质谱联用仪和液相色谱-质谱联用仪,下面介绍这两类联用仪器的分析方法的建立。

一、气相色谱一质谱联用仪分析方法建立

(一)GC-MS分析条件的选择

在GC-MS分析中,色谱的分离和质谱数据的采集是同时进行的。为了使每个组分都得到分离和鉴定,必须设置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、气化温度、载气流量、分流比、升温程序等。设置的原则是: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的毛细管柱,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,同时启动色谱和质谱,进行GC-MS分析。

(二)GC-MS数据的采集

有机混合物样品用微量注射器由色谱仪进样口注入,经色谱柱分离后进入质谱仪离子源被电离成离子。离子经质量分析器、检测器之后即成为质谱信号并输入计算机。样品由色谱柱不断地流入离子源,离子由离子源不断地进入分析器并不断地得到质谱信息,只要设定好分析器扫描的质量范围和扫描时间,计算机就可以采集到一个个的质谱。如果没有样品进入离子源,计算机采集到的质谱各离子强度均为0。当有样品进入离子源时,计算机就采集到具有一定离子强度的质谱。并且计算机可以自动将每个质谱的所有离子强度相加,显示出总离子强度,总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图,总离子色谱图的形状和普通的色谱图是相一致的,它可以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:全扫描和选择离子扫描。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 monitoring, SIM)。这种扫描方式是只对选定的离子进行检测,而其它离子不被记录。它的最大优点一是对离子进行选择性检测,只记录特征的、感兴趣的离子,不相关的离子、干扰离子统统被排除,二是选定离子的检测灵敏度大大提高。在全扫描情况下,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1/500s,也就是说,在每次扫描中,有1/500s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1/5s。也就是说,在每一次扫描中,有1/5s的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全扫描方式灵敏度可提高大约100倍。由于选择离子扫描只能检测有限的几个离子,不能得到完整的质谱图,因此不能用来进行未知物定性分析。但是如果选定的离子有很好的特征性,也可以用来表示某种化合物的存在。选择离子扫描方式最主要的用途是定量分析,由于它的选择性好,可以把由全扫描方式得到的非常复杂的总离子色谱图变得十分简单,消除其它组分造成的干扰。

(三)GC-MS得到的信息

计算机可以把采集到的每个质谱的所有离子相加得到总离子强度,总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图(图11-28)。总离子色谱图的横坐标是出峰时间,纵坐标是峰高。图中每个峰表示样品的一个组分,由每个峰可以得到相应化合物的质谱图;峰面积和该组分含量成正比,可用于定量。由GC-MS得到的总离子色谱图与一般色谱仪得到的色谱图基本上是一样的,只要所用色谱柱相同;样品出峰顺序就相同。其差别在于,总离子色谱图所用的检测器是质谱仪;而一般色谱图所用的检测器是氢焰、热导等。两种色谱图中各成分的校正因子不同。

图11-28  GC-MS总离子色谱图(a)及质谱图(b)

1.质谱图

由总离子色谱图可以得到任何一个组分的质谱图。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。但如果两个色谱峰有相互干扰,应尽量选择不发生干扰的位置得到质谱,或通过扣本底消除其他组分的影响。

2.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。目前的GC-MS联用仪有几种数据库,应用最为广泛的有NIST库和Wiley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。

3.质量色谱图(或提取离子色谱图)

总离子色谱图是将每个质谱的所有离子加合得到的。同样,由质谱中任何一个质量的离子也可以得到色谱图,即质量色谱图。质量色谱图是由全扫描质谱中提取一种质量的离子得到的色谱图,因此,又称为提取离子色谱图。假定做质量为m的离子的质量色谱图,如果某化合物质谱中不存在这种离子,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。利用这一特点可以识别具有某种特征的化合物,也可以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。由于质量色谱图采用一种质量的离子做色谱图,因此,进行定量分析时也要使用同一离子得到的质量色谱图测定校正因子。

4.选择离子监测

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的离子进行跳跃式扫描,采用这种扫描方式可以提高检测灵敏度。由于这种方式灵敏度高,因此适用于量少且不易得到的样品分析。利用选择离子扫描方式不仅灵敏度高,而且选择性好,在很多干扰离子存在时,利用正常扫描方式得到的信号可能很小,噪声可能很大,但用选择离子扫描方式,只选择特征离子,噪声会变得很小,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的全谱。因此,这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。但实际上二者有很大差别。质量色谱图是全扫描得到的,因此可以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的离子。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。

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