能超过1 mL·min-1,抽速较大的涡轮分子泵可允许2-4mL·min-1的流量。
一般色谱柱的流速计量多采用恒压方式,随柱温升高柱流量会逐渐减小,这时应保证流量不低于0.4 mL·min-1,否则会对分离效果产生较大影响,实际操作中应在分离效果与真空效果之间作出平衡。
气相色谱-质谱联用法中,试样前处理的要求与气相色谱一致,对于气质联用而言,由于质谱检测器很灵敏,最重要的是要避免前处理带来的本底干扰和离子源污染,因此试样的基质应越简单越好,制样溶剂最好使用色谱纯,使用分析纯则应重蒸。
气相色谱-质谱联用仪一般使用窄口径毛细管色谱柱,最好是MS专属型色谱柱,选择时应保证柱效高,惰性好,热稳定性好,以保证低流失和较高的分离效率。
4.2 质谱部分
质谱属于精密的分析技术,质谱仪从进样、离子化、离子质量分离到检测需要控制的参数和条件很多,与气相色谱联用后还涉及接口、真空系统维护等单纯质谱分析中没有的问题。需要全面分析和把握。下面以四级杆质谱为例对联用时的质谱技术要领作简单介绍。 ① 仪器的调谐
仪器的调谐就是通过调节离子源、质量分析器、离子检测器的参数对仪器进行校准,达到所需要的分辨率、灵敏度、准确度和正常的离子强度比,提高质谱库检索的准确性,或了解仪器状态能否达到规定的指标。对不同质荷比范围的仪器,按操作规程的要求,采用相应标准物质,通过比对标准化合物特征离子的相对强度、实测质量的误差,计算实测质量与扫描电压的矫正曲线,检查操作参数是否偏离正常值,检查本底峰强度,检查峰形来进行调谐。调谐中可供调整的参数有离子源的发射电流、电子能量,质量分析器的工作电压,离子聚焦透镜电压等。调谐操作时,软件的运行窗口可以显示特定离子质量的峰形及各参数的变化情况,调谐结束后可以直接给出调谐结果。 ② 质谱真空系统的维护
真空系统是质谱正常工作的基础,正确的开关机操作步骤和日常维护是维持良好真空的必要条件。应该尽量将试样进行成批分析,较少开关机的次数,并尽量防止突然断电的情况发生,一般一周或数周关机一次。气质联用仪的启停通常有日常关机和彻底关机两种状态,日常关机状态下质谱不卸真空,载气维持小流量的输入;维护操作一般在彻底关机状态下彻底卸掉真空后进行。注意,只有在质谱的离子检测器降至室温后才能卸真空,防止突然降温损坏离子检测器;完全卸掉真空之前切不可关掉质谱及直接进样装置的真空泵,以防止泵油倒吸。另外还应定期检查扩散泵的油面高度,更换泵油。分子涡轮泵要定期检查冷却系统。
③ 质谱图本底干扰的来源及对策
质谱真空系统的洁净是获得高质量质谱图的保证。真空系统的残余气体是本底干扰的主要来源,并且这种残余气体的产生是不可避免的。其主要来源是色谱柱的固定相流失,进样口硅橡胶隔垫残渣,它们主要是硅氧烷聚合物的残渣。这些流失物会源源不断地进入离子源,造成色谱图和质谱图的基线噪声增大,硅氧烷聚合物的碎片一般相对分子质量教大,并且质谱图特征明显。其质荷比范围分布较宽(m/z = 73-503),大部分分布在常规分析所检测的质量扫描范围内,会对灵敏度和准确度产生干扰,可能造成图谱失真。
其他污染物的来源还包括气相色谱载气不纯、进样针污染、试样污染、溶剂污染、离子源清洗剂污染和泵油蒸发等。
一般进样和不进样流失的本底图谱是一样的,仅是强度不同,在图谱中可以扣除得到良好的谱图。但正确的维护和操作才是降低此类干扰的根本保证,如及时清洗易污染的部件,使用耐高温的交联键合相色谱柱和耐高温的密封隔垫,及时更换失效的密封隔垫;进样分析前对气相色谱系统进行充分的老化;分析完成后不急于降温关机,对系统进行适当的烘烤和抽真空;定期更换泵油。 ④ 质谱的扫描方式
从气相色谱流出的组分不断进入质谱,质谱对组分离子的质荷比分布和相对强度进行快速反复扫描并采集数据。不同的扫描方式所检测的离子不同,获得的色谱图的意义也不同,最常见的两种扫描方式是全离子扫描(TIM)和选择性离子扫描(SIM)。全离子扫描是将每张质谱图中所有的离子强度相加,所获得的质量色谱图为总离子流色谱图(TIC),反映总离子流强度随扫描时间的变化的情况。将每次全离子扫描得到的质谱图中某一个质荷比的离子的强度叠加得到的离子流强度作纵坐标,以时间为横坐标,即得到被检测离子的强度随扫描时间变化的曲线,这就是质量色谱图。质量色谱图可以反映色谱流出的特定组分的浓度随时间变化的情况。SIM的灵敏度要比TIM高2-3个数量级,峰形及重现性也较好,可以利用化合物特征离子质量色谱图的保留时间有差异,则表明TIC中的同一个色谱峰可能存在不止一个化合物。但SIM不能进行未知物的鉴定,因为需要事先知道化合物的离子质量。 ⑤ 质谱图谱库检索
利用质谱解析,对照质谱库中的质谱图即可快速分析化合物的结构等信息。美国国家标准与技术局(NIST)的谱库检索系统和Wiley数据库是现今应用最广泛的质谱库系统,各厂商的质谱库多参照该系统编撰,NIST谱库检索系统集成了相对分子质量、同位素组成、图谱解析、自动鉴别质谱数据、分离气相色谱共流出色谱峰等功能。注意这些参考图谱不可避免地会有疏漏,一个化合物也可能存在多张图谱,而且应注意实测谱图的来源、、所用仪器类型以及操作条件的
差异。
⑥ 设置采集延时
气相色谱-质谱联用的应用范围很广,通常的用途有复杂混合物的成分分析,杂质成分的鉴定和定量分析,目标化合物残留的定量分析。气相色谱的操作参数可以直接移植到气质联用仪上,质谱条件则除了电离电压、扫描速率、质量范围、信号放大电流等外,还应注意溶剂峰扣除时间的设定。由于遮普为了自我保护通常在信号饱和时会中断信号采集,而气质联用仪的进样量相对于试样溶剂量来说很小,溶剂沸点又很低,在气相色谱中将首先流出色谱柱。因此如不设定采集延时,使质谱在溶剂出峰后再进行检测(通常2-5min后),则溶剂峰很容易使质谱检测器饱和而采集不到待测组分的色谱峰。
在实际分析操作中应注意以下问题:应收集保存与试样相关的所有信息,包括试样性质与前期制样操作过程;尽可能收集各种标准品备用,应对可能出现的问题;根据分析需要选择合适的色谱柱和操作条件;根据试样性质选择合适的离子化方式;选择适当的数据记录和处理方法。
4.3 定量分析
气质联用技术在定量方面具有一定优势,即可以在色谱峰分离不完全的情况下,采用选择性离子扫描,利用其各自特征离子保留时间的差异,根据化合物特征离子的峰面积或峰高与相应待测组分含量的比例关系,对其中的化合物分别进行定量。而且选择性离子流色谱图相对不易受干扰,定量结果更可靠。在用质谱进行定量前,应首先根据其保留时间和质谱图确认目标化合物的特征离子,以免产生假阳性。
定量的操作方法是,先选定目标色谱峰,选取该峰附近两侧的基线噪声作为本底干扰予以扣除,然后对峰面积进行积分或计算峰高,然后换算成待测组分的浓度。由于质谱灵敏度较好,常用的换算方法是TIC峰面积归一化法,对于成分复杂的待测物,应考虑使用校正曲线法,以排除未完全分离的峰中非目标组分的干扰。
同位素标记内标法是将稳定性同位素(如2H,13C,15N)标记到待测组分好和内标物中的内标校正曲线法,具有很高的灵敏度和专属性。这是气质联用技术独有的技术,除质谱以外,其他色谱检测器均不能使用。
4.4 定性分析
气质联用技术可以在有标准品的情况下根据色谱并保留时间定性,与普通气相色谱的定性方法相同,即在色谱图中首先选定目标化合物的色谱峰,然后调出质谱图库进行比对,确定待测组分可能的结构及其他相关信息。对于在TIC中尚未完全分离的色谱峰,可以换用SIC提高分辨率。注意所选离子必须能够确证
为待测组分主要的特征离子。若无标准品则可以利用质谱测定化合物特征离子并与标准质谱图库比对进行结构解析,以一般的质谱定性方法相同。
如果能够获得较纯的试样,可以不经过气相色谱分离而直接进行质谱分析,即采用直接进样模式(DI)进样。将试样盛入专用试样管后,放入质谱的直接进样杆,设定升温程序,使试样组分按沸点由低到高依次气化,直接进入质谱进行分析。直接进样分析也可以选择全离子扫描(TIM)或选择离子扫描(SIM),所得到的图谱也称色谱图,解析方法与一般气质联用分析所获得的色谱图相同。
在气质联用中良好的分离是定性的基础,得到正确的质谱图是质谱定性准确的前提。质谱图不可靠则质谱图库检索匹配率低,增加质谱图解析的难度。对于未知化合物的结构鉴定,气质联用只能提供关于化合物结构特征的部分信息。质谱库的检索结果一般是提供几个可能的化合物结构、名称、相对分子质量、分子式等信息,并依照匹配程度的大小列出以供参考。待测物质结构的最终确证必须结合其他手段,如核磁共振、全合成等。
5、 气相色谱-质谱联用技术的应用
GC/MS联用在分析检测和研究的许多领域中起着越来越重要的作用,特别是在许多有机化合物常规检测工作中成为一种必备的工具。如环保领域在检测很多有机污染物,特别是一些低浓度的有机物,如二噁英等的标准方法就是规定用GC/MS;药物研究、生产、质控以及进出口的许多环节中都要用到GC/MS;法庭科学中对燃烧爆炸现场的调查,工业产品领域如石油、食品、化工等行业都离不开GC/MS。
5.1 气相色谱-质谱联用技术在环境分析中的应用
Mike H· Carter等用毛细管GC-MS-DS分析了环境溢出油样。填充柱(250cm×2mm)装有固定相3%的Sp-2100担体Supel Coport(80-100目),毛细管柱管壁涂SE-30和载体涂OV-17(分别为34米和33米),用CI、EI两种类型的质谱。N. E. Spingarn等用GC-MS分析15种易挥发的物质(乙醛、烯丙醇、氯丙烯、醋酸戊酯、糠醛等),检出限低于10ppb,回收率,精确度测量表明,该法可用作定量分析。R· H· wightman等用GC-MS研究了常见于环境样品中,合成磷酸三烷基酯以及芳基磷酸酯的物理特性,结果说明GC-MS对这些环境样品是一个最灵敏、快速的分析方法。A·D·Santer等通过各实验室对环境样品中53种可萃取的重要污染物的分析,对实验室之间的GC-MS响应因子精密度进行了研究。Kins,Chiu等用GC-MS和GC-FT-IR测定了多环芳香族化合物的结构特征,其分析的特殊化合物是不可能用所述两种方法中的单独一种方法完成的。
(1) 水分析
Kusunoki kenichi等应用GC-MS测定水中的酚类化合物。其方法是首先对试样进行己烷萃取,然后将酚类化合物两次萃取到苯中,合并的苯萃取液于K-D浓缩器中,浓缩到5毫升,用色谱法分析浓缩物,甲苯检出限为2微克/升,苯酚、邻甲氧基苯酚、氯酚、2,4-二氯苯酚和三氯苯酚检出限为0.5微克/升,回收率为90-100%。M· Suzukr报道了一种使用微网状Amberlite XAD-2树脂富集水中痕量六氯环己烷异构体的GC-MC测定方法。A· Carca叙述了污水试样中有机氯化物的GC和GC-MS测定。GC-MS系统在数据系统控制下,采用扫描或离子选择形式。此系统比GC更灵敏,快速和较好的分辨,精度虽差,但两个系统所得结果一致。J·W Eichelberger用熔融石英毛细管GC-MS和填充柱GC-MS测定水中有机物,对该方法的精密度和准确度进行了比较。 (2) 大气分析
E.Balfans等用毛细管GC、GC-MS对降尘中38种多环芳烃的氧化产物进行了鉴定。R.L.Tanner等对环境样品中的苯并芘进行了测定、检测限分别为20和60pg。H·V·Tong等在定量分析柴油和废气颗粒物中的1-硝基芘时,采用一种改进的冷却柱上注射技术,使分解减少到最低限度,从而改良了定量分析的精密度。
用GC-MS(低分辨)测定空气中痕量亚硝胺时,几种挥发性亚硝胺的检出限在0.1-0.2微克/立方米。还有用GC-MS技术测定环境大气中ppb级低浓度氯甲烷、居民生活烧煤条件下(即不完全燃烧)煤烟的一般气态成分的研究。测定环境中某些有机氯化物研究表明,只要满足GC的稳定性,能在质谱仪中生成特征离子条件的物质,就能用几毫微克的试样测得完整的谱图,并能检测出微微克级范围的给定化合物。 (3) 沉积物分析
T.R.Stenheimer应用毛细管GC-MS-DR技术测量河床沉积物中50多种有机化合物(大部分为烃类)。S.Sporstol等提出了一种用GC-MS法分析和测定沉积物的一些芳香族的方法。G.Matsumoto 报道了用GC-MS测定河水污泥中n-烷烃和不溶解的复杂烃混合物含量,还讨论了在水和沉淀中有机物组成的特征剂其之间的相关性。R. Gotz用HRGC-LRMS测定了土壤和其他固体环境样品中的多氯联苯并芘-二噁英和多氯联苯呋喃。用GC-MS-选择性离子检测方法,测定邻苯二酸二乙酯,邻苯二酸二丁酯和邻苯二酸双-(2-乙基己基)酯,检测限分别为5.3,2.7和1.3ppb。
(4) 砷、硒、汞和铅形态分析
GC-MS是目前砷化合物形态分析一种联用技术,特别是作为低浓度砷的形态分析方法。方法融合了GC的高效分离和MS的低检测限、宽动态线性范围等优点用于砷的形态分析。在样品前处理时,由于气相色谱的分离特点通常需要对