氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本構成和工作原理

氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本構成和工作原理   

氣質(zhì)聯(lián)用(GC/MS)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(zhì)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(zhì)譜儀的基本部件有：離子源、濾質(zhì)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(lái)的樣品通過(guò)接口進(jìn)入到質(zhì)譜儀，接口是色質(zhì)聯(lián)用系統的關(guān)鍵。   

接口作用：    1、壓力匹配——質(zhì)譜離子源的真空度在10-3Pa，而GC色譜柱出口壓力高達105Pa，接口的作用就是要使兩者壓力匹配。    2、組分濃縮——從GC色譜柱流出的氣體中有大量載氣，接口的作用是排除載氣，使被測物濃縮后進(jìn)入離子源。 

  常見(jiàn)接口技術(shù)有：    1、分子分離器連接 (主要用于填充柱)    擴散型——擴散速率與物質(zhì)分子量的平方成反比，與其分壓成正比。當色譜流出物經(jīng)過(guò)分離器時(shí)，小分子的載氣易從微孔中擴散出去，被真空泵抽除，而被測物分子量大，不易擴散則得到濃縮。   2、直接連接法(主要用于毛細管柱)    在色譜柱和離子源之間用長(cháng)約50cm，內徑0.5mm的不銹鋼毛細管連接，色譜流出物經(jīng)過(guò)毛細管全部進(jìn)入離子源，這種接口技術(shù)樣品利用率高。   3、開(kāi)口分流連接    該接口是放空一部分色譜流出物，讓另一部分進(jìn)入質(zhì)譜儀，通過(guò)不斷流入清洗氦氣，將多余流出物帶走。此法樣品利用率低。   

離子源：    離子源的作用是接受樣品產(chǎn)生離子，常用的離子化方式有：    1、電子轟擊離子化(electron impact ionization，EI)EI是zui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(gè)外層電子，形成帶正電荷的分子離子(M+)，M+進(jìn)一步碎裂成各種碎片離子、中性離子或游離基，在電場(chǎng)作用下，正離子被加速、聚焦、進(jìn)入質(zhì)量分析器分析。   EI特點(diǎn)：    ⑴、電離效率高，能量分散小，結構簡(jiǎn)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(shí)不能識別。   本法不適合于高分子量和熱不穩定的化合物。   

 2、化學(xué)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(jìn)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(fā)生反應，形成比樣品分子大一個(gè)質(zhì)量數的(M+1) 離子，或稱(chēng)為準分子離子。準分子離子也可能失去一個(gè)H2，形成(M-1)離子。   CI特點(diǎn)    ⑴、不會(huì )發(fā)生象EI中那么強的能量交換，較少發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，譜形簡(jiǎn)單。   ⑵、分子離子峰弱，但(M+1) 峰強，這提供了分子量信息。    

1. 場(chǎng)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、類(lèi)等。能產(chǎn)生較強的分子離子峰和準分子離子峰。   
2.  場(chǎng)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。    
3. 負離子化學(xué)離子化(negative ion chemical ionization，NICI)是在正離子MS的基礎上發(fā)展起來(lái)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)。   質(zhì)量分析器：    其作用是將電離室中生成的離子按質(zhì)荷比(m/z)大小分開(kāi)，進(jìn)行質(zhì)譜檢測。
4. 常見(jiàn)質(zhì)量分析器有：  
5.   1、四極質(zhì)量分析器(quadrupole analyzer) 

  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(jìn)入電場(chǎng)后，在極性相反的電極間振蕩，只有質(zhì)荷比在某個(gè)范圍的離子才能通過(guò)四極桿，到達檢測器，其余離子因振幅過(guò)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(zhì)荷比的離子依次到達檢測器，被分離檢測。 

        2、扇形質(zhì)量分析器    磁式扇形質(zhì)量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被電場(chǎng)加速的離子進(jìn)入磁場(chǎng)后，運動(dòng)軌道彎曲了，離子軌道偏轉可用公式表示：當H，V一定時(shí)，只有某一質(zhì)荷比的離子能通過(guò)狹縫到達檢測器。    特點(diǎn)：分辨率低，對質(zhì)量同、能量不同的離子分辨較困難。   

       3、雙聚焦質(zhì)量分析器(double-focusing massassay)由一個(gè)靜電分析器和一個(gè)磁分析器組成，靜電分析器允許有某個(gè)能量的離子通過(guò)，并按不同能量聚焦，先后進(jìn)入磁分析器，經(jīng)過(guò)兩次聚焦，大大提高了分辨率。   

        4、離子阱檢測器(ion trap detector)    原理類(lèi)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(dòng)，通過(guò)底端小孔進(jìn)入檢測器。  

     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(shí)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(gè)倍增器電極，噴射出更多的電子，由此連續作用，每個(gè)電子碰撞下一個(gè)電極時(shí)能?chē)娚涑?～3個(gè)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。   

        GC-MS的常用測定方法：    總離子流色譜法(total ionization chromatography，TIC)——類(lèi)似于GC圖譜，用于定量。l反復掃描法(repetitive scanningmethod，RSM)——按一定間隔時(shí)間反復掃描，自動(dòng)測量、運算，制得各個(gè)組分的質(zhì)譜圖，可進(jìn)行定性。l質(zhì)量色譜法(masschromatography，MC)——記錄具有某質(zhì)荷比的離子強度隨時(shí)間變化圖譜。在選定的質(zhì)量范圍內，任何一個(gè)質(zhì)量數都有與總離子流色譜圖相似的質(zhì)量色譜圖。