氣相色譜與氣質(zhì)聯(lián)用原理簡介

1、色譜法也叫層析法, 它是一種高效能的物理分離技術(shù), 將它用于分析化學(xué)并配合適當(dāng)?shù)臋z測 手段,就成為色譜分析法。色譜法的最早應(yīng)用是用于分離植物色素, 其方法是這樣的:在一玻璃管中放入碳酸鈣, 將含 有植物色素 (植物葉的提取液 的石油醚倒入管中。此時,玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色 的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗, 隨著石油醚的加入, 譜帶不斷地向下移動,并逐漸分開 成幾個不同顏色的譜帶, 繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素, 并可分別進行鑒定。 色譜 法也由此而得名?，F(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離, 其方法也早已得到了極大的發(fā)展, 但其分離的原理 仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。一、色譜

2、分離基本原理:由以上方法可知,在色譜法中存在兩相, 一相是固定不動的, 我們把它叫做固定相;另一相 則不斷流過固定相,我們把它叫做流動相。色譜法的分離原理就是利用待分離的各種物質(zhì)在兩相中的分配系數(shù)、 吸附能力等親和能力的 不同來進行分離的。使用外力使含有樣品的流動相(氣體、液體通過一固定于柱中或平板上、與流動相互不相 溶的固定相表面。 當(dāng)流動相中攜帶的混合物流經(jīng)固定相時, 混合物中的各組分與固定相發(fā)生 相互作用。由于混合物中各組分在性質(zhì)和結(jié)構(gòu)上的差異, 與固定相之間產(chǎn)生的作用力的大小、 強弱不同, 隨著流動相的移動, 混合物在兩相間經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡, 使得各組分被固定相保留的 時間不同,

3、 從而按一定次序由固定相中先后流出。 與適當(dāng)?shù)闹髾z測方法結(jié)合, 實現(xiàn)混合物 中各組分的分離與檢測。二、色譜分類方法:色譜分析法有很多種類,從不同的角度出發(fā)可以有不同的分類方法。從兩相的狀態(tài)分類:色譜法中,流動相可以是氣體,也可以是液體,由此可分為氣相色譜法(GC 和液相色譜 法(LC 。固定相既可以是固體,也可以是涂在固體上的液體,由此又可將氣相色譜法和液 相色譜法分為氣 -液色譜、氣 -固色譜、液 -固色譜、液 -液色氣相色譜儀的組成 :載氣處理控制系統(tǒng):專用氣源,進入氣體恒定; 進樣裝置:液 體樣品手動進樣:實驗室; 氣體樣品定量管進樣:工業(yè) 色譜柱:分離混合樣品組分:填充、毛細(xì)管。吸附

4、 (固 、分配 (液 檢測器和記錄儀:熱導(dǎo)、電離 2. 定性和定量分析 色譜圖 分析組分物質(zhì); 分析組分含量。 基線 滯留時間:峰值最大;死時間; 峰高、 峰寬、 半峰寬; 峰面積、 分辨率 3. 定性分析 滯留時間法:滯留時間一定, 由此判別組分。 加入純物質(zhì)法:加入后分析色譜峰值判別。 4. 定量分析 定量 進樣法:面積歸一化法:外標(biāo)法:智能化GC7890F 氣相色譜儀 操作規(guī)程, 填充柱恒溫操作 1. 打開載氣高壓閥, 調(diào)節(jié)減壓閥至所需壓 力(載氣輸入到 GC7890系列氣相色譜儀的壓力必須在 0.343MPa 0.392MPa ,如果使用氫 氣為載氣時, 輸入到氣相色譜儀的載氣入口壓力

5、應(yīng)為 0.343MPa 。 打開凈化器上的載氣開關(guān) 閥,用檢漏液檢漏,保證氣密性良好。調(diào)節(jié)載氣穩(wěn)流閥載氣使流量達到適當(dāng)值(查 N2或 H2流量輸出曲線 7890II 用刻度流量表 ,通載氣 10min 以上。 2. 打開電源開關(guān),根據(jù)分 析需要設(shè)置柱溫、進樣溫度和 FID 檢測器的溫度(FID 檢測器的溫度應(yīng)100 。 3. 打開 空氣、氫氣高壓閥,調(diào)節(jié)減壓閥至所需壓力 (空氣輸入到 GC7890系列氣 相色譜儀的壓力必須在 0.294MPa 0.392MPa , 氫氣輸入到 GC7890系列氣相 色譜儀的壓力必須在 0.196MPa 0.392MPa 。 打開凈化器的空氣、 氫氣開關(guān)閥, 分

6、別調(diào)節(jié)空氣和氫氣針形閥使流量達到適當(dāng) 值 (查空氣和 H2流量輸出曲線針 形閥刻度流量表 。 4. 按 基流 鍵, 觀察此時的基流值。5. 按 量程 鍵,設(shè)置 FID 檢測器微電流放大器的量程。按 衰減 鍵,設(shè)置輸出信號的衰減值。6. 打開 T2000P 色譜工作站 點擊電腦桌面上 圖標(biāo)打開 T2000P 色譜工作站,進入通道 1, 點擊【樣品項】 ,選擇【添加】 ,進入樣品項設(shè)置界面,點擊【新建】按鈕,進入【新建一個 樣品項】的窗口,根據(jù)提示完成樣品信息和使用方法的設(shè)置,并點擊【完成】按鈕確認(rèn),即 可完成樣品項設(shè)置,回到 “ 樣品項設(shè)置=通道 1” 界面,點擊【加入】 ,然后點擊【關(guān)閉】 ,

7、 此時界面回到通道 1。選擇剛剛加入的樣品項,讓其反藍顯示,點擊 圖標(biāo)(即數(shù)據(jù)采集開 始圖標(biāo) ,色譜工作站開始走基線。 7. 待 FID 檢測器的溫度升高到 100以上,按 點火 鍵, 點燃 FID 檢測器的火焰。 8. 點火后再觀察基流值,如果此時基流顯示值大于原來的顯示值 , 說明 FID 的火焰已點燃 (色譜工作站上基線急劇上升后將回到高于點火前基線的位置 。 9. 進樣分析 點火后讓基線走一段時間,平穩(wěn)后點擊色譜工作站上 圖標(biāo)(即數(shù)據(jù)采集結(jié)束圖 標(biāo) ,停止走基線,色譜工作站處于等待狀態(tài),用微量進樣器進樣,同時按下信號遙感器, 色譜工作站開始數(shù)據(jù)采集。待峰出完后,點擊 圖標(biāo),停止數(shù)據(jù)采集

8、。 在停止采集后,可 以在通道 1界面 “ 已完成進樣 ” 這里找到剛剛采集的譜圖名, 讓其反藍顯示, 然后點擊 按鈕, 進入 “ 再處理 ” 界面;點擊 按鈕,進入 “ 報告預(yù)覽 ” 界面;在這兩個界面下,都可以看到需要 的信息,如保留時間,峰面積等。 10. 關(guān)機時,先關(guān)閉高效凈化器的氫氣和空氣開關(guān)閥,以 切斷 FID 檢測器的燃?xì)夂椭細(xì)鈱⒒鹧嫦纭?然后設(shè)置柱箱、 檢測器、 進樣器的溫度至 30, 氣相色譜儀開始降溫,在柱箱溫度低于 80以下才能關(guān)閉電源,最后再關(guān)閉載氣。氣 -質(zhì)聯(lián)用 GC/MS被廣泛應(yīng)用于復(fù)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

9、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(nèi)。 接口:由 GC 出來的樣品 通過接口進入到質(zhì)譜儀,接口是色質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。 l 接口作用:l 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。 l 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, 使被測物濃縮后進入離子源。常見接口技術(shù)有:l 分子分離器連接 (主要用于填充柱 l 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(dāng)色譜流出物經(jīng)過分離 器時, 小

10、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。 l 直接連接法(主要用于毛細(xì)管柱 l 在色譜柱和離子源之間用長約 50cm ,內(nèi) 徑 0.5mm 的不銹鋼毛細(xì)管連接,色譜流出物經(jīng)過毛細(xì)管全部進入離子源,這種接口技術(shù)樣 品利用率高。 l 開口分流連接 l 該接口是放空一部分色譜流出物,讓另一部分進入質(zhì)譜儀, 通過不斷流入清洗氦氣, 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:l 電子轟擊離子化(electron impact ionization, EI lEI 是最常用的一種離子源,有機分子被一束電子

11、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(zhì)量分析器分析。 lEI 特點:l 電離 效率高,能量分散小,結(jié)構(gòu)簡單,操作方便。 l 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(jié)構(gòu)解析十分有利。 l 所得分子離子峰不強, 有時不能識別。 l 本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。 l 化學(xué)離子化(chemical ionization , CI l 將反應(yīng)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,

12、形成一次、二次離子,這些離子再與 樣品分子發(fā)生反應(yīng),形成比樣品分子大一個質(zhì)量數(shù)的 (M+1 離子, 或稱為準(zhǔn)分子離子。 準(zhǔn)分子離子也可能失去一個 H2 , 形成 (M-1 離子。 lCI 特點 l 不會發(fā)生象 EI 中那么強的能量交換,較少發(fā)生化學(xué)鍵斷裂,譜形簡單。 l 分子離子峰弱,但(M+1 峰強,這提供了分子量信息。 場致離子化(field ionization, FI l 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(chǎn)生較強的分子離子峰和準(zhǔn)分子離子峰。 場解吸離子化(field desorption ionization, FD l 用于極性大、難氣化、

13、對熱不穩(wěn)定的化合物。 負(fù)離子化學(xué)離子化(negative ion chemical ionization , NICI l 是在正離子 MS 的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種離子化方法, 其給出特征的負(fù) 離子峰,具有很高的靈敏度(10-15 g 。 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,進行質(zhì)譜檢測。常見質(zhì)量分析器有 l 四極質(zhì)量分析器(quadrupole analyzer l 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(zhì)荷 比在某個范圍的離子才能通過四極桿, 到達

14、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(zhì)荷比的離子依次到達檢測器, 被分離檢 測。扇形質(zhì)量分析器 l 磁式扇形質(zhì)量分析器(magnetic-sector mass analyzer l 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(zhuǎn)可用公式表示:l l當(dāng) H , V 一定時, 只有某一質(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。 l 特點:分辨率低,對質(zhì)量同、 能量不同的 離子分辨較困難。 l 雙聚焦質(zhì)量分析器(double-focusing mass assay l 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

15、離子通過, 并按不同能量聚焦, 先后進 入磁分析器,經(jīng)過兩次聚焦,大大提高了分辨率。 l 離子阱檢測器(ion trap detector l 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 檢測器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號,并將信號放大, 常用檢測器是電子倍增器。 當(dāng)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(xù)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。 GC-MS 的常用測定方法 l 總離子流色譜法(total ionization chromatography , TIC 類似于 GC 圖譜,用于定量。 l 反復(fù)掃描法(repetitive scanning method , RSM 按一定間隔時間反復(fù)掃描,自動測量、運算,制得各個組分的質(zhì)譜圖, 可進行定性。 l 質(zhì)量色譜法(mass chromatography, MC 記