1、色谱及质谱在生活饮用水检测中的应用及发展中国疾病预防控制中心丁昌明教师简介 中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所环境化学室研究员，主要从事色谱及质谱的方法开发、生活饮用水、涉水产品检测及环境污染物的人体代谢物检测工作 多次参与科技部973专项、科技部公益基金、WHO项目、十一五课题、卫生行业科研专项、环保部公益项目等项目。发表科研论文40余篇，其中第一作者和通讯作者10余篇丁昌明研究员导读色谱、质谱在生活饮用水检测中具有广泛的应用，色质联用仪结合了色谱仪对不同化合物进行有效的分离及质谱仪很强的组分鉴定能力，是一种分离分析复杂有机混合物的有效手段进行复杂化合物高效的定性、定量分析的工具，
2、色质联用法是未来检测的最有效的检测方法学习目标掌握色谱、质谱法和色质联用在生活饮用水检测中的应用目录CONTENTS01 色谱、质谱的原理及应用02 色谱、质谱法在生活饮用水检测中的应用03 色质联用在生活饮用水检测中的发展色谱、质谱的原理及应用01色谱原理 定义：色谱（Chromatography）利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。是一种分离和分析的方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用 实质：分离 目的：定性或定量分析色谱常用术语 色谱图：样品流经色谱柱和检测器，所
3、得到的信号-时间曲线 基线：流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线 噪音：基线信号的波动 漂移：基线随时间的缓缓变化 色谱峰：组分流经检测器时相应的连续信号产生的曲线 峰底：基线上峰的起点至终点的距离 峰高：峰的最高点至峰底的距离 峰宽：峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离 半峰宽：峰高一半处的峰宽 峰面积：峰与峰底所包围的面积 保留时间：被分离样品组分从进样开始到柱后出现该组分浓度极大值时的时间色谱类型简称流动相主要分析对象气相色谱GC气体挥发性有机物液相色谱(离子色谱）LC(HPLC)IC液体不挥发、难挥发的有机化合物。离子色谱可测定阴阳离子超临界流体色
4、谱SFC超临界流体各种有机化合物电色谱CEC缓冲溶液、电场离子和各种有机化合物色谱分类 通常按流动相的种类分类常见色谱气相色谱原理及目前在生活应用水中的应用 气相色谱 简称GC，是一种以气体为流动相的柱色谱法，利用物质的沸点、极性及吸附性质的差异来实现混合物的分离 在柱温条件下有一定蒸气压且稳定性好的样品都能测定，只要在-196450 温度范围内有271330 Pa蒸气压且不分解的物质原则上都能测定，不论它是气体、液体和固体 对于挥发性低和受热易分解的物质，若能通过化学衍生方法使其转化为挥发性大、热稳定性好的衍生物，同样可用气相色谱分离和分析气相色谱原理及目前在生活应用水中的应用 目前生活饮用
5、水全分析（106项），中有46项使用的是气相色谱法，主要包括卤代烃、农药和多环芳烃的检测 气相色谱的优势：分离效率高，分析速度快 选择性好、应用范围广 仪器设备便宜，维护成本低 气相色谱的局限性：检测灵敏度不够高，不适用于浓度低的样品检测 有些样品的检测需要衍生后检测，前处理复杂 通过标准品和保留时间定性液相色谱原理及目前在生活应用水中的应用 液相色谱 简称HPLC，是一种以液体为流动相，利用不同物质的极性及吸附性质的差异来实现混合物之的分离 高效液相色谱更适宜于分离、分析高沸点、热稳定性差、有生理活性及相对分子量比较大的物质，因而广泛应用于核酸、肽类、内酯、稠环芳烃、高聚物、药物、人体代谢产
6、物、表面活性剂，抗氧化剂、杀虫剂、除莠剂的分析等物质的分析液相色谱原理及目前在生活应用水中的应用 目前生活饮用水全分析（106项），中有6项使用的是液相色谱法，主要包括微囊藻毒素、农药和多环芳烃的检测 液相色谱的优势：分离效率高，分析速度快 选择性好、应用范围广 仪器设备便宜，维护成本低 液相色谱的局限性：部分化合物的检测灵敏度不够高 有些样品的检测需要衍生后检测，前处理复杂 通过标准品和保留时间定性质谱原理及分类 质谱分析法是通过对被测样品离子质荷比（m/z）的测定来进行分析的一种方法 被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场运动行为的不同，把离子按m/z分开而得到质谱，利用母
7、离子和子离子信息定性，利用谱峰强度定量，从而得到样品的定性定量结果 按分析的应用范围分为：同位素质谱、无机质谱和有机质谱 同位素质谱：进行同位素分析（生活饮用水分析中不常用）无机质谱：电感耦合等离子质谱（ICP-MS)，主要分析金属和类金属元素无机质谱同色谱连用可用于金属的形态分析 有机质谱：气相色谱质谱（GC-MS）、液相色谱质谱(LC-MS)，主要用于有机化合物的分析质谱仪的结构 质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均
8、动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/z大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器质量分析器种类用途单四级杆只能做一级质谱，测定分子量三重四级杆能做二级质谱，通常用于定量分析离子肼能做多级质谱，通常用于定性分析，确定化合物结构飞行时间高分辨质谱，通常用于定性，确定化合物结构。多用于大分子的定性及各种组学的研究磁质谱高分辨质谱，
9、可测定二噁英类化合物静电场轨道肼高分辨质谱，可用于定性、定量检测，适用于各种组学研究等.质谱分类 按照质谱的质量分析器分为：有机质谱常用电离源 比较常用的离子源有与GC串联的电子轰击电离源（EI）和化学电离源（CI），与LC串联质谱常用电喷雾离子化(ESI)、大气压化学电离(APCI)、大气压光电离(APPI)，以及基质辅助光解吸离子化（MALDI）EI(Electron Impact Ionization)：电子轰击电离硬电离 CI(Chemical Ionization)：化学电离核心是质子转移 FD(Field Desorption)：场解吸目前基本被FAB取代 FAB(Fast Ato
10、m Bombardment)：快原子轰击或者铯离子(LSIMS，液体二次离子质谱)ESI(Electrospray Ionization)：电喷雾电离属最软的电离方式。适宜极性分子的分析，能分析小分子及大分子(如蛋白质分子多肽等)APCI(Atmospheric Pressure Chemical Ionization)：大气压化学电离，更适宜做弱极性小分子 APPI(Atmospheric Pressure PhotoSpray Ionization)：大气压光喷雾电离，更适宜做非极性分子 MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption)：基体辅助激光解吸电离。
11、通常用于飞行时间质谱和FT-MS，特别适合蛋白质，多肽等大分子质谱中常用术语 质荷比：离子质量(以相对原子量单位计)与它所带电荷(以电子电量为单位计)的比值，写作m/Z 峰：质谱图中的离子信号通常称为离子峰或简称峰 离子丰度：检测器检测到的离子信号强度 基峰：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰 总离子流图：将每个质谱的所有离子加合得到的色谱图 质量色谱图：由全扫描质谱中提取一种质量的离子得到的色谱图，又称提取离子色谱图 分子离子（母离子）：分子受电子束轰击后失去一个电子而生成的离子 碎片离子(子离子）：当电子轰击的能量超过分子离子电离所需要的能量时，可能使分子离子的化学键进一
12、步断裂，产生质量数较低的碎片，称为碎片离子 同位素离子峰：质谱图中除了最轻同位素组成的分子离子所形成的M峰外，还会出现一个或多个重同位素组成的分子离子峰，如(M+1)、(M+2)、(M+3)等，这种离子峰叫做同位素离子峰常见的气相色谱质谱、液相色谱质谱质谱分类及在生活饮用水中的应用按照和质谱连接的设备不同分为：1.气相色谱质谱仪（GC-MS）气相色谱质谱联用仪，主要分析挥发性、半挥发性有机物有机化合物 生活饮用水卫生标准中 附录A：吹扫捕集-气相色谱质谱法测定生活饮用水中的挥发性有机物 附录B：固相萃取-气相色谱质谱法测定生活饮用水中半挥发性有机物质谱分类及在生活饮用水中的应用2.液相色谱质谱
13、仪(LC-MS)液相色谱质谱仪，主要分析热不稳定性、不挥发或难挥发性化合物 目前生活饮用水卫生标准中的标准方法中未涉及液相色谱质谱的方法色谱、质谱法在生活饮用水检测中的应用02色质联用的优势 色质联用仪结合了色谱仪对不同化合物进行有效的分离及质谱仪很强的组分鉴定能力。是一种分离分析复杂有机混合物的有效手段进行复杂化合物高效的定性、定量分析的工具 通常色质联用仪可以给出大量的分子结构等信息 色质联用仪可以不需要很多色谱仪检测时需要的衍生等过程，从而简化了前处理过程 快速分析和流转所需的最少样品准备 高灵敏度并结合可分析多个化合物能力，甚至可以跨越化合物的种类 高精确度，高分辨率鉴定和量化目标分析
14、物 色质联用法是未来检测的最有效的检测方法色质联用发展的局限 色质联用仪的价格远远高于色谱仪的价格 色质联用仪的实验室的洁净度、温湿度等条件要求较高，维护成本较高 目前生活饮用水卫生标准中的方法极少采用色质联用的方法，测定标准方法不成熟 仪器的稳定性、重复性受环境的影响较大名称定性检出限限（mg/L）定量检出限（mg/L）回收率RSD%二氯乙酸0.0020.00580-120%10%三氯乙酸0.0020.00580-120%10%时间/minKOH/mmol/L08208424542.18468应用一：离子色谱法测定二氯乙酸、三氯乙酸 生活饮用水卫生标准方法：气相色谱法 色谱柱：Dionex
15、Ionpac AS19色谱分离柱，AG1911保护柱，ASRSULTRA抑制器 淋洗液：KOH淋洗液水中五种消毒副产物标准色谱图名称母离子（m/z）子离子（m/z）碰撞电压（ev）定性检出限（mg/L）定量检出限（mg/L）回收率RSD%草甘膦168150/138250.0030.0180-120%10%应用二：液相色谱质谱法测定水中草甘膦 生活饮用水卫生标准方法：柱后衍生液相色谱法 色谱条件：色谱柱：dC18色谱柱（3.9mm*150mm，5m）或等效柱 流动相：乙腈：0.1%氨水=9：1 质谱条件 负离子扫描方式 ESI(-)；毛细管温度：400；喷雾电压：-4.5KV 鞘气（去溶剂）：4
16、0arb；吹扫气：5arb直接测定草甘膦色谱图名称母离子（m/z）子离子（m/z）碰撞电压(CE)（ev）去簇电压(DP)（ev）定性检出限限（g/L）定量检出限（g/L）回收率RSD%丙烯酰胺7255/4418500.070.2080-120%10%丙烯酰胺内标7558/441850/应用三：液相色谱质谱法测定水中丙烯酰胺 生活饮用水卫生标准方法：气相色谱法 色谱条件：色谱柱：Atlantis T3(150 2.1 mm，3.0 m)色谱柱或等效柱 流动相：甲醇：水=5：95 质谱条件 正电离扫描方式：ESI(+)；检测方式：多离子反应监测(MRM)；碰撞气(CAD)：8 psi；气帘气(C
17、UR)：25 psi；雾化气(GS1)：55 psi；加热气(GS2)：40 psi；喷雾电压(IS)：5000 v；去溶剂温度(TEM)：500；扫描时间：100 ms水中丙烯酰胺标准色谱图色质联用在生活饮用水检测中的发展03未来发展对于实验室检测技术的要求 检测技术的发展：随着科技的进步，检测设备的更新更是日新月异，检测手段和检测技术向着可以检测项目越来越多、通量越来越高、灵敏度越来越高、重复性越来越好，检测仪器自动化程度越来越高、操作软件越来越智能。原来高大上的仪器设备逐渐进入普通的实验室，从而逐步实现快速、准确、简单、智能化的完成各类物质的检测 检测人员的要求：为了适应时代的进步，要求
18、检测人员与时俱进，学习新的知识，以适应时代的发展新兴的色谱质谱联用技术 液相色谱+电感耦合等离子质谱 固相微萃取+气相色谱质谱 在线固相萃取+液相色谱质谱便携式气相色谱质谱仪 便携式气相色谱质谱仪 快速蒸发电离质谱（REIMS）快速蒸发电离质谱新兴的色谱质谱联用技术 新兴的检测设备和检测技术越来越向高智能、高通量、全自动化的方向发展 所有的自动化和便捷都是基于检测前的各种前期的准备工作 前期的准备更需要实验室专业人员花大力气来做的基础研究。实现高智能、高通量、全自动化的前提是制备适合自己领域的色谱、质谱的谱库，建立自己的谱库需要花费大量的人力和物力小结实现便捷的检测工作，任重而道远，我们一起努力来完成，加油！谢谢
