分離技術(shù)課程論文：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理及應(yīng)用

1、學(xué)號：20135051分離分析技術(shù)課程論文氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理及應(yīng)用學(xué) 院 化學(xué)化工學(xué)院 專 業(yè) 化學(xué) 年 級 201級化學(xué) 班 姓 名 指導(dǎo)教師 甘甜 職稱 副教授 成績及評語 2015 年 12 月 24 日目 錄 摘 要1關(guān)鍵詞1引言11.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理11.1氣相色譜原理11.2質(zhì)譜原理22.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的常用術(shù)語23.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)34.氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用34.1 GC-MS在醫(yī)藥方面的應(yīng)用34.2 GC-MS在食品方面的應(yīng)用44.3 GC-MS在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用44.4 GC-MS在有機(jī)合成中的應(yīng)用44.5 GC-MS在刑事鑒識中的應(yīng)

2、用5參考文獻(xiàn)5Abstract6Keywords6氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理及應(yīng)用姓名： 學(xué)號：20135051摘 要：本文首先對氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理、常用術(shù)語進(jìn)行綜述，然后介紹了它的優(yōu)點(diǎn)，最后總結(jié)了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)；原理；常用術(shù)語；應(yīng)用引言氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(英語：Gas chromatographymass spectrometry，簡稱氣質(zhì)聯(lián)用，英文縮寫GC-MS)是一種結(jié)合氣相色譜和質(zhì)譜的特性，在試樣中鑒別不同物質(zhì)的技術(shù)。GC-MS利用了色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高鑒別特性，可對復(fù)雜的混合樣品進(jìn)行分離、定性、定量分析的一次完成，是一種

3、完美的現(xiàn)代分析方法。GC-MS是聯(lián)用技術(shù)中最完善、應(yīng)用最廣泛的技術(shù)，在分析檢測和科研的許多領(lǐng)域起著重要作用。1. 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的原理氣相色譜是一種公認(rèn)的快速、高效的分離技術(shù)。在定性方面，由于它是利用保留時(shí)間作為鑒定手段而受到很大限制。質(zhì)譜法與之相反，雖不適用于混合物的分析，但卻是一種高效的定性分析技術(shù)，可以方便地給出純化合物的分子結(jié)構(gòu)信息。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)不僅能充分發(fā)揮其各自的優(yōu)點(diǎn)，而且可以彌補(bǔ)相互的不足1。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)利用氣相色譜作為質(zhì)譜的進(jìn)樣系統(tǒng)，使復(fù)雜的化學(xué)組分得到分離；利用質(zhì)譜儀作為檢測器進(jìn)行定性和定量分析。1.1 氣相色譜原理氣相色譜法是二十世紀(jì)五十年代出現(xiàn)的一項(xiàng)

4、重大科學(xué)技術(shù)成就。這是一種新的分離、分析技術(shù)，它在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、建設(shè)、科學(xué)研究中都得到了廣泛應(yīng)用，是一種以氣體為流動相的柱色譜法，根據(jù)所用固定相狀態(tài)的不同可分為氣固色譜(GSC)和氣液色譜(GLC)。氣相色譜(GC)是以氣體為流動相的色譜方法，當(dāng)多組分的混合物進(jìn)入色譜柱后，由于吸附劑對每個(gè)組分的吸附力不同，經(jīng)過一定時(shí)間后，各組分在色譜柱中的運(yùn)行速度也就不同。吸附力弱的組分容易被解吸下來，最先離開色譜柱進(jìn)入檢測器，而吸附力最強(qiáng)的組分最不容易被解吸下來，因此最后離開色譜柱。如此，各組分在色譜柱中彼此分離，順序進(jìn)入檢測器中被檢測、記錄下來。由于樣品在氣相中傳遞速度快，因此樣品組分在流動相和固定相

5、之間可以瞬間地達(dá)到平衡。另外加上可選作固定相的物質(zhì)很多，因此氣相色譜法是一個(gè)分析速度快和分離效率高的分離分析方法。近年來采用高靈敏選擇性檢測器，使得它又具有分析靈敏度高、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)2。氣相色譜由以下五大系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、檢測記錄系統(tǒng)。組分能否分開，關(guān)鍵在于色譜柱，分離后組分能否鑒定出來則在于檢測器，所以分離系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)是儀器的核心。1.2 質(zhì)譜原理質(zhì)譜分析法(MS)主要是通過對樣品離子的質(zhì)荷比進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對樣品定性和定量的一種分析方法。樣品進(jìn)入質(zhì)譜儀，在質(zhì)譜儀離子源中，化合物被電子轟擊，電離成分子離子和碎片離子，這些離子在質(zhì)量分析器中，按質(zhì)荷比大小順序

6、分開，經(jīng)電子倍增器檢測，即可得到化合物的質(zhì)譜圖，一般質(zhì)譜圖的橫坐標(biāo)是質(zhì)荷比，縱坐標(biāo)為離子的強(qiáng)度。離子的絕對強(qiáng)度取決于樣品量和儀器的靈敏度；離子的相對強(qiáng)度和樣品分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。同一樣品，在一定的電離條件下得到的質(zhì)譜圖是相同的，這是質(zhì)譜進(jìn)行有機(jī)物定性分析的基礎(chǔ)。通常GC-MS聯(lián)用儀的數(shù)據(jù)系統(tǒng)都附帶一個(gè)譜庫，存有十幾萬到幾十萬個(gè)化合物的標(biāo)準(zhǔn)EI質(zhì)譜圖。得到一個(gè)未知物的質(zhì)譜圖后，可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行庫檢索，查得該質(zhì)譜圖所對應(yīng)的化合物，這種方法方便、快捷、省力。但是，如果質(zhì)譜庫中沒有這種化合物或得到的質(zhì)譜圖有其他組分干擾，檢索常常會給出錯(cuò)誤結(jié)果，因此還必須輔以其他定性方式才能確定3。如果使用快原子轟擊或電噴

7、霧等其他電離源，則得不到可供檢索的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖，不能進(jìn)行庫檢索定性，只能提供分子量信息，可通過采用串聯(lián)質(zhì)譜儀獲取碎片信息，用來推斷化合物結(jié)構(gòu)。高分辨率質(zhì)譜儀，可以精確測定分子離子或碎片離子的質(zhì)量，依靠計(jì)算機(jī)可以計(jì)算出化合物的組成式，對化合物的定性很有幫助。2. 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的常用術(shù)語質(zhì)荷比(mass-to-charge ratio)是帶電粒子的質(zhì)量與所帶電簡之比值，以m/e表示，是質(zhì)譜分析中的一個(gè)重要參數(shù)，不同m/e值的粒子在一定的加速電壓(V)和一定磁場強(qiáng)度(E)下，所形成的一個(gè)弧形軌跡的半徑(r)與m/e成正比。20世紀(jì)90年代時(shí)，IUPAC規(guī)定用以表示質(zhì)荷比的m/e改為m/z4?；?/p>

8、峰(base peak)質(zhì)譜圖中表現(xiàn)為最高豐度離子的峰。計(jì)算各峰相對豐度時(shí)，常以基峰為100。豐度(abundance)質(zhì)譜中離子的數(shù)量用豐度表示，質(zhì)譜中最強(qiáng)峰稱為基峰，其他離子數(shù)量占基峰的百分?jǐn)?shù)即該離子的相對豐度，又稱相對強(qiáng)度。3. 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)GC-MS在各種聯(lián)用技術(shù)中是最成熟的。就其應(yīng)用范圍來說，GC-MS與GC基本相同，但質(zhì)譜法固有的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，其主要優(yōu)點(diǎn)如下：(1)定性能力強(qiáng)用化合物的指紋質(zhì)譜圖鑒定組分，可靠性大大優(yōu)于組分色譜保留時(shí)間定性；GC-MS提供的大量結(jié)構(gòu)信息為未知物的定性提供了可能性，特別適用于藥物代謝產(chǎn)物、降解產(chǎn)物的鑒別，這是GC無法實(shí)現(xiàn)的。(2)

9、可分析色譜尚未分離的組分采用提取離子色譜法、選擇離子監(jiān)測法等技術(shù)，可分析總離子流色譜圖上尚未分離或被化學(xué)噪聲掩蓋的色譜峰。(3)一般可省略其他色譜檢測器GC-MS聯(lián)用儀的全掃描工作方式相當(dāng)于GC中最通用的高靈敏度檢測器，如FID；選擇離子監(jiān)測工作方式是最可靠和最有選擇性的更高靈敏度檢測器，相當(dāng)于GC中的專用檢測器，如NPD、ECD等5。4. 氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用氣相色譜質(zhì)譜(GC-MS)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合了色譜強(qiáng)大的分離功能和質(zhì)譜準(zhǔn)確的鑒別功能，具有高靈敏度、高選擇性、高分離能力、檢出限低、分析速度快、應(yīng)用范圍廣和自動化程度高等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)多種化合物的同時(shí)測定。近年來得到了廣泛的應(yīng)用并發(fā)揮著

10、非常重要的作用。4.1 GC-MS在醫(yī)藥方面的應(yīng)用(1)在體內(nèi)藥物分析方面的應(yīng)用根據(jù)國際奧委會醫(yī)學(xué)委員會的要求，體育運(yùn)動中的興奮劑檢測唯一能用作確認(rèn)的儀器是GC-MS。一般興奮劑檢測實(shí)驗(yàn)室都用GC-MS作初篩。初篩一般用選擇離子檢測(SIM)能有較高的靈敏度，初篩有懷疑的樣品必須重新進(jìn)行檢測，并用樣品與同樣條件下比對物全掃描提供的質(zhì)譜圖的一致性、保留時(shí)間的一致性對檢測物質(zhì)進(jìn)行定性6。(2)在中藥研究中的應(yīng)用在中藥研究中的應(yīng)用GC-MS技術(shù)檢測靈敏度高，分離效能好，使之在中藥研究領(lǐng)域的應(yīng)用越來越受到重視。在化學(xué)成分分析方面廣泛應(yīng)用于揮發(fā)油、生物堿、糖類、脂肪酸類、甾類化合物分析，在未知成分的鑒定

11、、有效成分分析測定、藥效及藥動等方面也多有研究。GC-MS是優(yōu)化生產(chǎn)工藝、建立中藥質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、提高中藥復(fù)方的質(zhì)量水平的有效手段之一。中藥的化學(xué)成分復(fù)雜且含量差異大，一種儀器的使用往往很難得到準(zhǔn)確結(jié)果，GC-MS利用了色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高鑒別特性可以快速得到準(zhǔn)確結(jié)果7。4.2 GC-MS在食品方面的應(yīng)用(1)在檢測食品中添加劑的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 19648-2006用氣相色譜-質(zhì)譜法測定水果和蔬菜中500種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量。黃惠玲等人選擇GC-MS/SIM與大體積進(jìn)樣技術(shù)結(jié)合，測定蔬菜、水果中包括有機(jī)磷、氨基甲酸酯、有機(jī)氯類、菊酯類在內(nèi)的17種農(nóng)藥殘留。檢測食品中農(nóng)藥殘留，Manu

12、ela Schellin等人就GC-MS 檢測分析了八種農(nóng)藥在食品中的殘留。大多數(shù)獸藥的GC-MS分析法都很成熟。Daeseleire-EAI等使用GC-MS檢測，通過氣相色譜保留時(shí)間和質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析對牛肌肉組織或尿液中的睪丸激素，雌二醇、孕酮等多種激素進(jìn)行分析8。(2)在分析食品中風(fēng)味物質(zhì)的應(yīng)用宋興良等人用GC-MS對啤酒的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定性分析，從啤酒中共分離鑒定出37種成分，其主要成分是甲酸異戊酯、甲酸異丙酯、苯乙醇、異戊醇、2-乙氧基丙醇等酯類和醇類物質(zhì)，它們的含量約占總量的70 %以上9。葛武鵬等使用GC-MS進(jìn)行分析研究，結(jié)果顯示牛奶原味酸奶中含有48種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，羊奶酸奶中含有5

13、0種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，主要為羧酸類、醇及呋喃類、醛類、酮類、酯類、烴類、含氮化合物、含硫化合物8大類，其主要風(fēng)味物質(zhì)包括雙乙酰、2-呋喃甲醇、3-羥基-2-丁酮等10。4.3 GC-MS在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用由于GC-MS具有靈敏度高，分析速度快，應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)，因此很快就被應(yīng)用于環(huán)境樣品分析，為環(huán)境分析開辟了一條新的途徑，同時(shí)其正在成為跟蹤持續(xù)有機(jī)物污染的工具。GC-MS設(shè)備費(fèi)用已經(jīng)顯著降低，并且其可靠性也已經(jīng)提高，使該技術(shù)更適合用于環(huán)境監(jiān)測研究，如環(huán)境水質(zhì)分析、空氣和廢氣的分析以及應(yīng)急監(jiān)測11。4.4 GC-MS在有機(jī)合成中的應(yīng)用GC-MS在分析測定有機(jī)化合物方面，以其快速、靈敏、選擇性好的特

14、點(diǎn)，倍受分析工作者青睞。有機(jī)化工合成的分析中，經(jīng)常需要對生成的物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定，由于氣相色譜的定性基本是通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)保留時(shí)間定性，實(shí)踐中副反應(yīng)產(chǎn)物從資料或理論上推斷常常有誤差，更不要說是否能找到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)品了，但 GC-MS 在這些方面顯出很大的優(yōu)勢。此外合成中難以分離的雜質(zhì)性質(zhì)和主產(chǎn)品接近，在氣相色譜中要將大量的主產(chǎn)品和性質(zhì)相近的微量雜質(zhì)分開有一定的難度，而 GC-MS 的選擇性離子功能可以使特定物質(zhì)的靈敏度大大提高12。4.5 GC-MS在刑事鑒識中的應(yīng)用GC-MS分析人身體上的小顆粒幫助將罪犯與罪行建立聯(lián)系。用GC-MS進(jìn)行火災(zāi)殘留物的分析方法已經(jīng)很好的確立了起來。甚至，美國試驗(yàn)材料學(xué)會

15、確定了火災(zāi)殘留物的分析標(biāo)準(zhǔn)。在這種分析中，GC-MS特別有用，因?yàn)樵嚇又谐３：蟹浅?fù)雜的基質(zhì)，并且，法庭上使用的結(jié)果要求要有高的精確度13。參考文獻(xiàn):1 孔令義編著.復(fù)雜天然產(chǎn)物波譜解析M.中國醫(yī)藥科技出版社.2012.09:110.2 武開業(yè),趙麗麗,雷林.GC-MS分類及應(yīng)用J.科技信息.2010.09:785.3 凌笑梅主編.高等儀器分析實(shí)驗(yàn)與技術(shù)M.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社.2006.02:2. 4 質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督行業(yè)職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心編.化學(xué)基礎(chǔ)與分析檢驗(yàn)J.中國質(zhì)檢出版社.2013.03:273.5 孫毓慶,胡育筑主編.分析化學(xué)(下)M.科學(xué)出版社.2011.06:340.6 王宇成主

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