【收藏】氣質聯用儀的基本原理（2018官方整理資源）

基本應用 ：

氣質聯用儀被廣泛應用于復雜組分的分離與鑒定，其具有GC的高分辨率和質譜的高靈敏度，是生物樣品中藥物與代謝物定性定量的有效工具。質譜儀的基本部件有：離子源、濾質器、檢測器三部分組成，它們被安放在真空總管道內。接口：由GC出來的樣品通過接口進入到質譜儀，接口是氣質聯用系統的關鍵。

GC-MS主要由以下部分組成：色譜部分、氣質接口、質譜儀部分（離子源、質量分析器、檢測器）和數據處理系統。

色譜部分和一般的色譜儀基本相同，包括柱箱、氣化室和載氣系統。除特殊需要，多數不再裝檢測器，而是將MS作為檢測器。此外，在色譜部分還帶有分流／不分流進樣系統，程序升溫系統，壓力、流量自動控制系統等。色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個組分，然后進入質譜儀進行鑒定。色譜儀是在常壓下工作，而質譜儀需要高真空，因此，如果色譜儀使用填充柱，必須經過一種接口裝置-分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質譜儀。如果色譜儀使用毛細管柱，因為毛細管中載氣流量比填充柱小得多，不會破壞質譜儀真空，可以將毛細管直接插入質譜儀離子源。

氣質接口是GC到MS的連接部件。最常見的連接方式是直接連接法，毛細管色譜柱直接導入質譜儀，使用石墨墊圈密封（85%Vespel+15%石墨），接口必須加熱，防止分離的組分冷凝，接口溫度設置一般為氣相色譜程序升溫最高值。

1、離子源

離子源的作用是接受樣品產生離子，常用的離子化方式有:

電子轟擊離子化(electron impact ionization，EI)EI是最常用的一種離子源，有機分子被一束電子流(能量一般為70eV)轟擊，失去一個外層電子，形成帶正電荷的分子離子(M+)，M+進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、進入質量分析器分析。

EI特點:

⑴、結構簡單，操作方便。

⑵、圖譜具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供較多信息，對化合物的鑒別和結構解析十分有利。

⑶、所得分子離子峰不強，有時不能識別。

本法不適合于高分子量和熱不穩定的化合物。

化學離子化(chemicalionization，CI)將反應氣(甲烷、異丁烷、氨氣等)與樣品按一定比例混合，然后進行電子轟擊，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生反應，形成比樣品分子大一個質量數的(M+1) 離子，或稱為準分子離子。準分子離子也可能失去一個H2，形成(M-1)離子。

CI特點

(1)、不會發生象EI中那么強的能量交換，較少發生化學鍵斷裂，譜形簡單。

(2)、分子離子峰弱，但(M+1) 峰強，這提供了分子量信息。

(3)、場致離子化(fieldionization，FI) 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。能產生較強的分子離子峰和準分子離子峰。

場解吸離子化( field desorption ionization，FD) 用于極性大、難氣化、對熱不穩定的化合物。

負離子化學離子化(negative ion chemical ionization，NICI)是在正離子MS的基礎上發展起來的一種離子化方法，其給出特征的負離子峰，具有很高的靈敏度(10-15g)。

2、質量分析

其作用是將電離室中生成的離子按質荷比(m/z)大小分開，進行質譜檢測。常見質量分析器有:

四極質量分析器(quadrupoleanalyzer)

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入電場后，在極性相反的電極間振蕩，只有質荷比在某個范圍的離子才能通過四極桿，到達檢測器，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，可使不同質荷比的離子依次到達檢測器，被分離檢測。

扇形質量分析器

磁式扇形質量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被電場加速的離子進入磁場后，運動軌道彎曲了，離子軌道偏轉可用公式表示:當H，V一定時，只有某一質荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。

特點:分辨率低，對質量同、能量不同的離子分辨較困難。

雙聚焦質量分析器(double-focusing massassay)由一個靜電分析器和一個磁分析器組成，靜電分析器允許有某個能量的離子通過，并按不同能量聚焦，先后進入磁分析器，經過兩次聚焦，大大提高了分辨率。

3、檢測器

離子阱檢測器(iontrap detector)

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、下兩端運動，通過底端小孔進入檢測器。

檢測器的作用是將離子束轉變成電信號，并將信號放大，常用檢測器是電子倍增器。當離子撞擊到檢測器時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倍增器電極，噴射出更多的電子，由此連續作用，每個電子碰撞下一個電極時能噴射出2~3個電子，通常電子倍增器有14級倍增器電極，可大大提高檢測靈敏度。

4、真空系統

由于質譜儀必須在真空條件下才能工作，因此真空度的好壞直接影響了氣質聯用儀的性能。一般真空系統由兩級真空組成，前級真空泵和高真空泵。前級真空泵的主要作用是給高真空泵提供一個運行的環境，一般為機械旋片泵。高真空泵主要有油擴散泵和渦輪分子泵，目前主要應用的是渦輪分子泵

主要性能指標

氣質聯用儀的整體性能指標主要有以下幾個：質量范圍、分辨率、靈敏度、質量準確度、掃描速度、質量軸穩定性、動態范圍。

質量范圍指的是能檢測的最低和最高質量，決定了儀器的應用范圍，取決于質量分析器的類型。四極桿質量分析器的質量范圍下限1~10，上限500~1200。

分辨率是指質譜分辨相鄰兩個離子質量的能力，質量分析器的類型決定了質譜儀的分辨能力。四極桿質量分析器的分辨率一般為單位質量分辨力。

靈敏度：氣質聯用儀一般采用八氟萘作為靈敏度測試的化合物，選擇質量數272的離子，以1pg八氟萘的均方根（RMS）信噪比來表示。靈敏度的高低不僅與氣質聯用儀的性能有關，測試條件也會對結果產生一定影響。

質量準確度為離子質量測定的準確性，與分辨率一樣取決于質量分析器的類型。四極桿質量分析器屬于低分辨質譜，質量準確度為0.1u。

掃描速度定義為每秒鐘掃描的最大質量數，是數據采集的一個基本參數，對于獲得合理的譜圖和好的峰形有顯著的影響。

質量軸穩定性是指在一定條件下，一定時間內質量標尺發生偏移的程度，一般多以24h內某一質量測定值的變化來表示。

動態范圍決定了氣質聯用儀的檢測濃度范圍。

測定方法

總離子流色譜法(totalionization chromatography，TIC)--類似于GC圖譜，用于定量。l反復掃描法(repetitive scanningmethod，RSM)--按一定間隔時間反復掃描，自動測量、運算，制得各個組分的質譜圖，可進行定性。l質量色譜法(masschromatography，MC)--記錄具有某質荷比的離子強度隨時間變化圖譜。在選定的質量范圍內，任何一個質量數都有與總離子流色譜圖相似的質量色譜圖。

選擇性離子監測(selectedion monitoring，SIM)--對選定的某個或數個特征質量峰進行單離子或多離子檢測，獲得這些離子流強度隨時間的變化曲線。其檢測靈敏度較總離子流檢測高2~3個數量級。

質譜圖--為帶正電荷的離子碎片質荷比與其相對強度之間關系的棒圖。質譜圖中最強峰稱為基峰，其強度規定為100%，其它峰以此峰為準，確定其相對強度。