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質(zhì)譜分析方法最全解析

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-07-30
核心提示:質(zhì)譜儀種類很多,不同類型的質(zhì)譜儀主要差別在于離子源。離子源的不同決定了對(duì)被測(cè)樣品的不同要求,同時(shí),所得信息也不同。質(zhì)譜儀的分辨率同樣十分重要,高分辨質(zhì)譜儀可給出化合物的組成式,對(duì)于未知物定性至關(guān)重要。因此,在進(jìn)行質(zhì)譜分析前,要根據(jù)樣品狀況和分析要求選擇合適的質(zhì)譜儀。

目前,有機(jī)質(zhì)譜儀主要有兩大類:

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,現(xiàn)就這兩類儀器的分析方法敘述如下: 

GC-MS分析條件的選擇

 

在GC-MS分析中,色譜的分離與質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集同時(shí)進(jìn)行,為了使ÿ個(gè)組分都得到分離和鑒定,必須設(shè)備合適的色譜和質(zhì)譜分析條件: 

色譜條件包括色譜柱類型(填充柱或ë細(xì)管柱),固定液種類,汽化溫度,載氣流量,分流比,溫升程序等。

設(shè)置原則是:

一般情況下均使用ë細(xì)管柱,極性樣品使用極性ë細(xì)管柱,非極性樣品采用非極性ë細(xì)管柱,δ知樣品可先用中等極性ë細(xì)管柱,試用后再調(diào)整。當(dāng)然,如果有文獻(xiàn)可以參考,就采用文獻(xiàn)所用條件。 質(zhì)譜條件包括:

電離電壓,電子電流,掃描速度,質(zhì)量范Χ,這些都要根據(jù)樣品情況進(jìn)行設(shè)定。為了保護(hù)燈綠和倍增器,在設(shè)定質(zhì)譜條件時(shí),還要設(shè)置溶劑去除時(shí)間,使溶劑峰通過(guò)離子源之后再打開(kāi)燈綠和倍增器。在所有的條件確定之后,將樣品用微量注射器注入進(jìn)樣口,同時(shí),啟動(dòng)色譜與質(zhì)譜,進(jìn)行GC-MS分析。 

 

 

GC-MS數(shù)據(jù)采集

 

有機(jī)混合物樣品用微量注射器由色譜儀進(jìn)樣口注入,經(jīng)色譜柱分離后進(jìn)入質(zhì)譜儀離子原在離子源被電離成離子。離子經(jīng)質(zhì)量分析器,檢測(cè)器之后即成為質(zhì)譜儀信號(hào)并輸入計(jì)算機(jī)。樣品由色譜柱不斷流入離子源,離子由離子源不斷進(jìn)入分析器并不斷得到質(zhì)譜,只要û定好分析器掃描的質(zhì)量范Χ和掃描時(shí)間,計(jì)算機(jī)就可以采集到一個(gè)個(gè)的質(zhì)譜。如果û有樣品進(jìn)入離子源,計(jì)算機(jī)采集到的質(zhì)譜各離子強(qiáng)度均為0。當(dāng)有樣品過(guò)入離子源時(shí),計(jì)算機(jī)就采集到具有一定離子強(qiáng)度的質(zhì)譜。并且計(jì)算機(jī)可以自動(dòng)將ÿ個(gè)質(zhì)譜的所有離子強(qiáng)度相加。顯示出總離子強(qiáng)度,總離子強(qiáng)度隨時(shí)間變化的曲線就是總離子色譜圖,總離子色譜圖的形狀和普通的色譜圖是相一致的,它可以認(rèn)為是是用質(zhì)譜作為檢測(cè)器得到的色譜圖。

 

質(zhì)譜儀掃描方式有兩種:

全掃描與選擇離子掃描:

全掃描是對(duì)指定質(zhì)量范Χ內(nèi)的離子全部掃描并記¼,得到的是正常的質(zhì)譜圖,這種質(zhì)譜圖可以提供δ知物的分子量和結(jié)構(gòu)信息?梢赃M(jìn)行庫(kù)檢索。

質(zhì)譜儀還有另外一種掃描方式叫選擇離子監(jiān)測(cè)(Selection Moniring SIM)。此種掃描方式是只針對(duì)選定的離子進(jìn)行檢測(cè),而其它離子不被記¼。

 

它的最大優(yōu)點(diǎn):

一是對(duì)離子進(jìn)行選擇性檢測(cè),只記¼具有特征的、感興趣的離子,不相關(guān)的,干擾離子統(tǒng)統(tǒng)被排除;

二是選定離子的檢測(cè)靈敏度大大提高。在正常掃描情況下,假定一秒鐘掃描2~500個(gè)質(zhì)量單λ。那ô,掃過(guò)ÿ個(gè)質(zhì)量所花的時(shí)間大約是1/500秒,也就是說(shuō),在ÿ次掃描中,有1/500秒的時(shí)間是在接收某一質(zhì)量的離子。在選擇離子掃描的情況下,假定只檢測(cè)5個(gè)質(zhì)量的離子,同樣,也用一秒,那ô,掃過(guò)一個(gè)質(zhì)量所花的時(shí)間大約是1/5秒。也就是說(shuō),在ÿ次掃描中,有1/5秒時(shí)間是在接收某一質(zhì)量的離子。因此,采用選擇離子掃描方式正常掃描方式靈敏度可提高大約100倍。由于,選擇離子掃描只能檢測(cè)有限的幾個(gè)離子,不能得到完整的質(zhì)譜圖,因此,不能用來(lái)進(jìn)行δ知物定性分析,但是,如果選定的離子具有很好的特征性,也可以用來(lái)表示某種化合物的存在。選擇離子掃描方式最主要的用途是定量分析,由于它的選擇性好,可以把由全掃描方式得到的非常復(fù)雜的總離子色譜圖變得十分簡(jiǎn)單。消除其它組造成的干擾。

 

GC-MS得到的信息

 

總離子色譜圖

 

計(jì)算機(jī)可以將采集到ÿ個(gè)質(zhì)譜的所有離子相加得到總離子強(qiáng)度,總離子強(qiáng)度隨時(shí)間變化曲線就是總離子色譜圖(圖9.21),總離子色譜圖的橫座標(biāo)出峰時(shí)間,縱座標(biāo)峰高。圖中ÿ個(gè)峰表示樣品的一種組份,由ÿ個(gè)峰可以得到相應(yīng)化合物質(zhì)譜圖;峰面積與該組份含量成正比,可用于定量。由GC-MS得到的總離子色譜圖與一般色譜儀得到的色譜圖基本上一致,只要所用色譜柱相同,樣品出峰順序便相同。其差別在于,總離子色譜圖運(yùn)用的檢測(cè)器是質(zhì)譜儀,而一般色譜圖所用的檢測(cè)器是氫焰、熱導(dǎo)等,兩種色譜圖中各成分的校正因子不同。 

 

質(zhì)譜圖由總離子色譜圖可以得到任何一種組分的質(zhì)譜圖。一般情況下,為了提高信噪比。通常由色譜峰峰頂處得到相應(yīng)質(zhì)譜圖,但如果兩個(gè)色譜峰具有相互干擾,應(yīng)盡量選擇不發(fā)生干擾的λ置而得到質(zhì)譜,或通過(guò)扣本底消除其他組分影響。 

庫(kù)檢索
得到質(zhì)譜圖后可以通過(guò)計(jì)算機(jī)檢索對(duì)δ知化合物進(jìn)行定性。檢索結(jié)果可以給出幾個(gè)可能的化合物,并以匹配度大小順序排列出這些化合物的名稱、分子式、分子量和結(jié)構(gòu)式等。使用者可以根據(jù)檢索結(jié)果和其它的信息,對(duì)δ知物進(jìn)行定性分析。目前,GC-MS聯(lián)用儀有幾種數(shù)據(jù)庫(kù)。應(yīng)用最為廣泛的有NIST庫(kù)和Willey庫(kù),前者目前有標(biāo)準(zhǔn)化合物譜圖13萬(wàn)張,后者有近30萬(wàn)張。此外,還有毒品庫(kù)、農(nóng)藥庫(kù)等專用譜庫(kù)。 

 

質(zhì)量色譜圖(或提取離子色譜圖)
總離子色譜圖是將ÿ種質(zhì)譜的所有離子加和得到。同樣,由質(zhì)譜中任何質(zhì)量離子也可得到色譜圖,即,質(zhì)量色譜圖。質(zhì)量色譜圖是由全掃描質(zhì)譜中提取出一種質(zhì)量的離子而得到的色譜圖。因此,又稱為提取離子色譜圖。假定做質(zhì)量為m的離子質(zhì)量色譜圖,如果某化合物質(zhì)譜中不存在該種離子,那ô該化合物就不會(huì)出現(xiàn)色譜峰。一個(gè)混合物樣品中可能只有幾個(gè)甚至一個(gè)化合物出峰。利用該特點(diǎn)可識(shí)別具有某種特征的化合物,也可通過(guò)選擇不同質(zhì)量的離子做質(zhì)量色譜圖,使正常色譜不能分開(kāi)的兩個(gè)峰實(shí)現(xiàn)分離,以便進(jìn)行定量分析
。由于,質(zhì)量色譜圖是采用一種質(zhì)量的離子作色譜圖。因此,進(jìn)行定量分析時(shí)也需要使用同一離子得到質(zhì)量色譜圖測(cè)定校正因子。

 

選擇離子監(jiān)測(cè)(Selection monitoring,SIM
一般掃描方式是連續(xù)改變Vrf,使不同質(zhì)荷比的離子順序通過(guò)分析器到達(dá)檢測(cè)器,而選擇離子監(jiān)測(cè)則是對(duì)選定離子進(jìn)行跳躍式掃描。采用該種掃描方式可提高檢測(cè)靈敏度。由于該種方式靈敏度高,因此,適用于量少且不易得到的樣品分析。利用選擇離子方式不僅靈敏度高,而且選擇性好,在許多干擾離子存在時(shí),利用正常掃描方式所得信號(hào)值可能很小,噪音可能很大,但用選擇離子掃描方式,只選擇特征離子,噪音會(huì)變得很小,信噪比大大提高。在對(duì)復(fù)雜體系中某一微量成分進(jìn)行定量分析時(shí),常采用選擇離子掃描方式。由于,選擇離子掃描不能得到樣品全譜。因此,該種譜圖不能進(jìn)行庫(kù)檢索,利用選擇離子掃描方式進(jìn)行GC-MS聯(lián)用分析時(shí),得到的色譜圖在形式上類似質(zhì)量色譜圖,但實(shí)際上,二者有巨大的差別。質(zhì)量色譜圖利用全掃描方式得到。因此,可得到任何一個(gè)質(zhì)量的質(zhì)量色譜圖;選擇離子掃描是選擇了一定m/z離子。掃描時(shí)選定哪個(gè)質(zhì)量,就只能有那個(gè)質(zhì)量的色譜圖。如果二者選擇同一質(zhì)量,那ô,用SIM靈敏度要高得多。 

 

GC-MS定性分析

 

目前,色質(zhì)聯(lián)用儀數(shù)據(jù)庫(kù)中,一般貯存有近30萬(wàn)個(gè)化合物標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖。因此,GC-MS最主要的定性方式是庫(kù)檢索。由總離子色譜圖可以得到任一組分的質(zhì)譜圖,由質(zhì)譜圖可以利用計(jì)算機(jī)在數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索。檢索結(jié)果,可以給出幾種最可能的化合物。

包括:化合物名稱、分子式、分子量、基峰及可靠程度。表4是由計(jì)算機(jī)給出的某δ知物譜圖檢索結(jié)果。

 

利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行庫(kù)檢索是一種快速、方便定性方法,但是,在利用計(jì)算機(jī)檢索時(shí)應(yīng)注意如下幾個(gè)問(wèn)題: 

 

數(shù)據(jù)庫(kù)中所存質(zhì)譜圖有限,如果δ知物是數(shù)據(jù)庫(kù)中û有的化合物,檢索結(jié)果也給出幾個(gè)相近的化合物。顯然,這種結(jié)果是錯(cuò)誤的。由于質(zhì)譜法本身的局限性,一些結(jié)構(gòu)相近的化合物其質(zhì)譜圖也相似,這種情況也可能造成檢索結(jié)果不可靠。 
由于,色譜峰分離不好以及本底及噪音的影響,使得到的質(zhì)譜圖質(zhì)量不高,這樣所得到的檢索結(jié)果也會(huì)很差。
因此,在利用數(shù)據(jù)庫(kù)檢索之前,應(yīng)首先得到一張很好的質(zhì)譜圖,并利用質(zhì)量色譜圖等技術(shù)判斷質(zhì)譜中有û有雜質(zhì)峰;得到檢索結(jié)果之后,還應(yīng)根據(jù)δ知物的物理、化學(xué)性質(zhì)以及色譜保留值、紅外、核磁譜等綜合考慮,才能給出定性結(jié)果。 

 

GC-MS定量分析

 

GC-MS定量分析方法類似于色譜法定量分析,由GC-MS得到的總離子色譜圖或質(zhì)量色譜圖,其色譜峰面積與相應(yīng)組分的含量成正比,若對(duì)某一組份進(jìn)行定量測(cè)定,可以采用色譜分析法中的歸一化法、外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法等不同方法進(jìn)行。

這時(shí),GC-MS法可理解為將質(zhì)譜儀作為色譜儀檢測(cè)器。其余均與色譜法相同,與色譜法定量不同的是,GC-MS法除了可利用總離子色譜圖進(jìn)行定量之外,還可利用質(zhì)量色譜圖進(jìn)行定量,這樣做可最大限度去除其它組份的干擾。

值得注意的是:

質(zhì)量色譜圖由于運(yùn)用一種質(zhì)量離子做出,它的峰面積與總離子色譜圖具有較大差別,在進(jìn)行定量分析過(guò)程中,峰面積與校正因子等都需要使用質(zhì)量色譜圖。。。 
為提高檢測(cè)靈敏度及減少其它組分的干擾,在GC-MS定量分析過(guò)程中質(zhì)譜儀經(jīng)常采用選擇離子掃描方式。對(duì)于待測(cè)組分,可選擇一個(gè)或幾種特征離子,而相鄰組份不存在這些離子。用該種方式得到的色譜圖,待測(cè)組份不存在干擾。同時(shí),具有較高的靈敏度。用選擇離子得到的色譜圖進(jìn)行定量分析,具體分析方法與質(zhì)量色譜圖類似,但其靈敏度比利用質(zhì)量色譜圖高,這是GC-MS定量分析中經(jīng)常采用的方法。 
 

編輯:songjiajie2010

 
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