GC/MS的原理和系统组成

楼主:ty秋硕 时间:2021-12-16 15:49:26 广东 点击:35 回复:0
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  Fhermofisher TSQ Quantum GC气相色谱质谱仪的系统组成

  GC/MS的原理
  早在1957年霍姆斯(J. C. Holmes)和莫雷尔(F. A. Morrel)首次实现气质联用。Fhermofisher TSQ Quantum GC气相色谱质谱仪器兼有色谱对混合物的快速分离,又有质谱对分子结构的鉴定功能,采用不同的扫描方式,可有效的去除干扰。对于台式GC/MS联用仪系统一般由五个部分组成,分别为:

  1.进样部分;

  2.离子源(对样品进行离子化,使其能被质量分析器所检测到);

  3.质量分析器:

  4.质量检测器;

  5.数据分析系统。


  

  如图所示,这五个部分中离子源、质量分析器和质量检测器是处在高真空状态下。


  1.进样部分

  对于质谱来说,进样仪器为气相色谱和直接进样杆。而对于气相色谱来说,进样部分为进样口,下图即为分流式进样口的结构图。对于进样口,用户日常接触的部件为进样垫、衬管等两项。有关这两项的日常维护在本教材的第三部分仪器维护中将有详细介绍。对于进样口的分类,一般常用的有分流进样:不分流进样:冷柱头直接进样;程序升温进样口(PTV)和填充柱进样口等。对于残留分析,最为常用的进样口为不.分流进样口。在进样口端,对于气路一般有载气流入进气口,两路出气口分别为隔垫吹扫和分流管路。


  2.离子源

  离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子,并使这些离子再离子光学系统的作用下,汇聚成有一定几何形状和一定能量的离子束,然后进入质量分析器被分离。

  有机质谱仪常用的离子源有:电子轰击电离源( ElectronImpactIonizationSource,EI), 下图结构即为 EI离子源;化学电离源(Chemical lonization Source, CI),其中CI又可以分成PCI (Positive IonChemical lonization) 和NCI (Negative IonChemical lonization); DCI ( 解析化学电离源: Desporption Chemical lonization Source), FI (场致电离源: field ionization source)等。


  


  电子轰击电离源(EI),是气质联用仪最多的离子源。所有的气质都配备EI源,如对应离子源结构图。上下面是源磁铁, 以形成一个磁场对灯丝发射的电子进行加速,同时形成电子旋转可以加大品碰撞的概率。在离子源中,对应N极的装置为灯丝,产生激发电子,轰击样品分子。

  EI源的特点是稳定,操作方便,电子流强度可精密控制,电离效率高, 所得的质谱图重现性好。但是EI源要求被测试的有机样品必须是能够气化的。有些化合物稳定性差,用EI方式不易得到分子离子,因而也就得不到分子量。为了得到分子离子峰可以采用CI电离方式。

  CI是利用反应气体(甲烷、异丁烷、氨等,而且反应气的量要比样品气的量大得多)的离子和有机化合物样品的分子发生分子-离子反应而生成样品分子的离子的一种“软”电离的方法。
  CI在结构上与EI没有太多的差别,只是化学电离源的电离盘要有较好的密封性,使电离盘内反应气达到离子分子反应所需要的压强,面又能保证整个电子源的真空。在电子的轰击下,甲烧气首先被电离.上图中的第一个反应式。甲烧离于然后再与分子进行反应,生成加合离子。
  CI源是一种软电离方式,它主要是形成分子离子峰,具有较高的灵敏度和选择性,碎片较少。而相应的EI源是- -种硬电离方式,对于一个特定的化合物而言,它会形成特征的碎片峰,提供具有很多信息的指纹图谱。

  对于负化学电离的优点有以下几点:

  1)有很强的分子量信息:对于多数有机化合物来说;

  2)负CI质谱图灵敏度要比其正CI的质谱图高出2-3个数量级。(只对电负性强的离子反应,如CI, F等),因此灵敏度就上去了;

  3)对卤化化合物的选择性很好;

  4)以用于分析复杂的混合物


  3.质量分析器

  质量分析器是质谱仪的核心,心脏部分。它将离子源产生的离子按其质量和电荷比(m/z, m-离子的质量数,z-离子携带的电荷数)的不同进行分离,得到按质荷比(m/z)排列而成的质谱图。质量分析器的种类很多:有磁质量分析器,四级质量分析器(四级杆滤质器),飞行时间质量分析器, 离子阱质量分析器等。分析中常用的为后三种质量分析器。

  三重四极杆质谱(Quadrupole MS Filter)

  四极杆质量分析器是由四根笔直的金属或表面镀有金属的极杆与轴线平行等距离排列构成的,杆的理想表面为双曲面。在X, Y轴方向的杆上分别加上急性相反的高频电压,当离子从离子源中加速飞出进入四极杆后,只有与四级杆上所加的对应电压相匹配的离子才能通过四级杆检测器,其余离子便打在四级杆璧上被过滤掉。四极杆质量分析器采用的是过滤式分离的方式逐一-将离子分离,因此该质量分析器又被称为四极杆质谱过滤器。对于不同质量数的离子,在整个分析器的电场中存在着其自身对应的稳定厂区,当质量分析器所设的电压通过某个离子的稳定厂区时,该离子便会通过质量分析器而进入检测设备中。

  三重四极杆质量分析器由三根四极杆串联而成,分别被称为Q1、Q2和Q3 (如下图)。Q1, Q3起到质量分离的作用,Q2会对Q1传输过来的离子进行碰撞诱导解离(CID),三根杆综合作用从而实现经典的选择反应监测扫描(SRM)。

  当前,食品安全得到广泛的关注,特别是日本肯定列表的提出,促使检测方法发展到同时对上百种化合物进行分析的水平。由于化合物之间的性质差别较大,为了确保各种极性的农药都有很好的回收率,不可避免地将样本中的基质引入检测过程中。三重四极杆质谱的选择反应监测(SRM)是有效解决这一-问题,对复杂基质中目标化合.物进行准确分析的最为基本的扫描技术。


  TSQ Quantum GC 气相色谱质谱仪独有的的高选择性反应监测(Highly-SelectiveReactionMonitoring,H-SRM)功能正是解决这一问题的最佳手段。通过在Q1上使用分辨增强峰,获得耐受性更强的母离子,可有效增加待测化合物分析的选择性,提高分析准确性。


  4.检测器

  质谱仪常用的检测器有直接电检测器、电子倍增管、闪烁检测器和微通道板等。电子倍增管运用质量分析器出来的离子轰击电子倍增管的阴极表面(打纳极),使其发射出二次电子,再用二次电子依次轰击一系列电极,使二次电子获得不断倍增,最后由阳极接受电子流,使离子束得到放大而被检测出


  5.数据处理

  Xcalibur软件,对GC/MS, LC/MS和高级MS从方法开发到报告显示进行准确控制的统-的直观显示操作平台。
  Xcalibur的功能围绕--个主界面组织。此出发点可使您直接进入Xcalibur的六个主要功能界面:仪器方法设置、进样列表设置、数据处理方法设置、定性浏览器、定量浏览器和谱库检索数据浏览器。从而使您能够快捷和方便地进入进行工作处理的领域、而不用对其他多余的界面进行操作。下图界面的上方三个图标对应的内容均是方法的设置和执行,左右两端两个图标分别为仪器方法的设置,数据处理方法的设置,当两个方法设置完成后都可以按照箭头所示的方向调入到中间的Sequence列表中进行执行。

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