1、2022-11-10第五章第五章色谱联用技术色谱联用技术/2022-11-10一、概述一、概述 generalization质谱：纯物质结构分析色谱：化合物分离色谱-质谱联用：共同优点GC-MS；LC-MS；CE-MS（毛细管电泳-质谱）困难点：困难点：载气(或流动液)的分离；出峰时间监测；仪器小型化；关键点：接口技术(分子分离器)m/z15294357859911314271/2022-11-10二、二、GC-MS联用仪器联用仪器 hyphenated technology of GC-MSSampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPA
2、CKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph(GC)Mass SpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS/2022-11-10气质联用色谱仪结构示意图/2022-11-10/真空系统介绍/质谱仪为何需要真空质谱仪为何需要真空质谱仪需要在高真空下工作（质谱仪需要在高真空下工作（1010-4-4-10-10-7-7 Torr Torr，视质，视质谱仪的不同种类而不同）。谱仪的不同种类而不同）。质谱仪只有在高真空下操作，才能减小气相离子与质谱仪只有在高真空下操作，才能减小气相离
3、子与其它分子的碰撞几率，才能更容易的通过。其它分子的碰撞几率，才能更容易的通过。质谱仪的真空度越高，离子越易通过质谱仪的真空度越高，离子越易通过真空状态真空状态/质谱仪的真空获得装置质谱仪的真空获得装置质谱仪要达到质谱仪要达到1010-4-4-10-10-7-7TorrTorr的真空度，一般是需要由的真空度，一般是需要由两种类型的真空泵分段来完成的。两种类型的真空泵分段来完成的。先是由一个机械泵将系统的真空抽到先是由一个机械泵将系统的真空抽到1010-2-2-10-10-3-3TorrTorr然后通过一个分子涡轮泵达到所需的真空度。然后通过一个分子涡轮泵达到所需的真空度。对于离子回旋共振这种高
4、分辨质谱仪来说，还需要第对于离子回旋共振这种高分辨质谱仪来说，还需要第三个低温泵才能达到三个低温泵才能达到1010-9-9TorrTorr的真空度。的真空度。/常见质谱仪质量分析器所需真空度常见质谱仪质量分析器所需真空度质量分析器类型质量分析器类型真空度要求：真空度要求：四极杆四极杆 QuodrupoleQuodrupole1010-4-4-10-10-5-5 Torr Torr离子阱离子阱 Ion TrapIon Trap1010-3-3 Torr Torr飞行时间质谱飞行时间质谱 TOFTOF1010-7-7 Torr Torr磁扇式质谱磁扇式质谱SectorSector1010-7-7
5、Torr Torr傅立叶变换离子回旋共振质傅立叶变换离子回旋共振质谱谱 FTFTMSMS1010-7-7 Torr Torr（低分辨），（低分辨），1010-9-9 Torr(Torr(高分辨）高分辨）/真空系统不好会给质谱仪带来什么问题真空系统不好会给质谱仪带来什么问题大量的氧会烧坏离子源的灯丝；大量的氧会烧坏离子源的灯丝；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；离子传输效率降低，极大影响检测灵敏度；离子传输效率降低，极大影响检测灵敏度；离子碰撞后产生分散，降低质谱分辨率；离子碰撞后产生分散，降低质谱分辨率；引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，引起额外的离子
6、分子反应，改变裂解模型，使谱图复使谱图复杂化。杂化。/真空系统真空系统/Varian V301 Navigator Varian V301 Navigator 分子涡轮泵分子涡轮泵 Varian Varian 公司真空部拳头产品公司真空部拳头产品 泵速泵速:280L/sec280L/sec 允许更大的色谱柱流速允许更大的色谱柱流速 对泵有更好的控制和监测对泵有更好的控制和监测 -超强的自我诊断功能超强的自我诊断功能/离子化方式/GC/MSGC/MS常用的电离方式常用的电离方式电子电子撞撞击电离击电离(EI)EI)70 eV,70 eV,刚刚性性化学电离化学电离(CI)-CI)-正正离离子子 1
7、2 eV,12 eV,柔性柔性负离子负离子化化学电离学电离(NCI)NCI)0.1 eV,0.1 eV,非常柔性非常柔性(注明注明:10:10 eV eV 才能才能电离大多数有机物电离大多数有机物)/能量色散小（确保质谱仪有较高的分辨率和质谱重现性）；能量色散小（确保质谱仪有较高的分辨率和质谱重现性）；电子流强度可精确控制；电子流强度可精确控制；电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）；电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）；结构简单，控温、操作简便；结构简单，控温、操作简便；质谱图提供化合物的质谱图提供化合物的“指纹指纹”特性；特性；可作质量校正可作质量校正电子轰击电离的特点：电子轰击电离的特
8、点：/质谱的裂解过程质谱的裂解过程MM+.M+.m/z 15 m/z 57 m/z 27 m/z 43 m/z 29 Mass AnalysisData RecordingPlot of Bar Graph294358分子离子的形成分子离子的形成1 1，2 2，3 3碎片离子的产生碎片离子的产生1，2，3质谱图的形成质谱图的形成1 1，2 2，3 3/质谱的裂解过程质谱的裂解过程 CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3 CH3-CH2-CH2-CH3-em/z 58m/z 43m/z 29/EIEI源电离能量与产生碎片的关系源电离能量与产生碎片的关系/EIEI的电离能量
9、的电离能量/标准谱库标准谱库商业谱库(70 eV)NISTNIST Wiley LibraryWiley Library Pfleger,Maurer,Weber Drug and Pesticide Pfleger,Maurer,Weber Drug and Pesticide LibraryLibrary用户自定义谱库 User Can Create Library by their own MSUser Can Create Library by their own MS Require reliable,tunable MS to produce Require reliable,tu
10、nable MS to produce reproducible Mass Spectrareproducible Mass Spectra/化学电离的特点化学电离的特点由M+1分子离子峰与加成离子确认分子量质谱较电子轰击简洁且高分子量之碎片较多，有利结构判定，补足EI不足结构信息依基础性质，选择性优于电子撞击，可以提高信噪比由分子离子进行CI/MS/MS 有极佳感度与确认性得到与众不同的谱图和指纹谱图/可卡因可卡因EIEI质谱图质谱图多为碎片离子分子离子峰(m/z 303)极弱/可卡因的甲烷化学电离质谱图可卡因的甲烷化学电离质谱图化学电离，产生更少的碎片离子，更强的分子离子峰化学电离，产生更
11、少的碎片离子，更强的分子离子峰/2022-11-10GC-MS中的分子分离器中的分子分离器 分子分离器类型：分子分离器类型：微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。喷射式分子分离器：喷射式分子分离器：由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中，如图所示。可做成多级。图所示。可做成多级。/2022-11-10四极杆质量分析器四极杆质量分析器（Quadrupole Mass Filter）+Electron BeamABCSample inIon Beam/2022-11-10仪器结构仪器结构色谱-四极杆质谱仪结构示
12、意图/2022-11-10四极杆质量分离器四极杆质量分离器/2022-11-10仪器与结构仪器与结构/2022-11-10飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器/2022-11-10/2022-11-10/2022-11-10/2022-11-10/2022-11-10/2022-11-10/2022-11-10Electrospray，API 电喷雾电离电喷雾电离流出液在高电场下形成带电喷雾，在电场力作用下穿过气帘；气帘的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂分子/2022-11-10三、三、LC-MS联用仪器联用仪器hyphenated technology of LC-MS1 1.大气压电离技
13、术（大气压电离技术（APIAPI）（1）电喷雾电离（）电喷雾电离（API Electrospray）RayleighLimitReached+-+-+-+-Evaporation+Charged Droplets试样离子准分子离子Analyte Ions Solvent Ion ClustersSalts/Ion pairsNeutrals+-其他离子/2022-11-10Electrospray，API 电喷雾电离电喷雾电离电喷雾产生多电荷离子，相对分子质量Mr计算：选相邻峰，电荷n，n+1m1=(Mr +n)/2m2=(Mr+n+1)/(n+1)计算结果如表。不适用于非极性化合物/2022
14、-11-10（2）大气压化学电离（）大气压化学电离（APCI）热喷雾(100-120C)，化学电离;适用于热稳定化合物分析/2022-11-10大气压化学电离（大气压化学电离（APCI）Dielectric capillaryHigh wattage heaterHPLC inletCorona discharge needleVaporizerNebulizer gas+/2022-11-102 2.离子阱质量分析器离子阱质量分析器 特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器；/2022-11-103.LC-MS(离子阱离子阱)联用仪器结构示意图联用仪器结构示意图/2022-11-104.LC-MS(四极杆四极杆)联用仪器结构示意图联用仪器结构示意图/
