岛津GC-MS基础知识.ppt

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1、岛津国际贸易（上海）有限公司分析中心,岛津GCMS基础知识,GCMS是什么?,GCMS:气相色谱/质谱联用仪,GC:气相色谱（Gas chromatograph）MS:质 谱（Mass spectrometer）,MS,GC,GCMS流路,样品,信号处理器,目的：分离样品组分,GC组成,载气,氦气：高纯，99.999%,GC进样口,分流/不分流进样口（SPL）填充柱进样口（WBI）冷柱头进样口（OCI）程序升温进样口（PTV）,分流/不分流进样口结构,分流进样,什么是分流进样?,46mL/min,分流比分流流量和色谱柱流量之比 当柱流量为 1mL/min、分流流量为 46mL/min-分流比4

2、6:1,防止色谱柱过载,为什么要分流进样?,加快进样时间，减小色谱峰展宽,前沿峰,柱内径、膜厚和样品量,e.gSPL-2010(Split),25mm,石英棉,10-15mm(10mg),34mm,分流进样注意点_石英棉的装填,避免分流歧视，提高重现性,不适合微量组分的分析（ppm以下）考虑到样品进样时间，柱流量分流流量最好大于30mL/min 使用分流进样用玻璃衬管正确装填石英棉,分流进样小结,不分流进样,什么是不分流进样？,0.25 30m,df=0.25um,1mL/min,50mL/min,47mL/min,载气,46mL/min,分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,待机状态和进样后1m

3、in内,3mL/min,（进样时间设为1min时）,0.25mmI.D.x30m,df=0.25um,1mL/min,进样时的4mL/min,1mL/min,Carrier Gas,P,0mL/min,Split,50mL/min,47mL/min,46mL/min,什么是不分流进样？,进样1min后打开分流流路,3mL/min,分流流路1min后打开电磁阀的作用,进样后1min打开电磁阀,未打开电磁阀,进样后1分钟内色谱峰展宽的影响,如何减小色谱峰展宽：1）溶剂效应2）高压进样,溶剂效应,初始柱温：溶剂沸点-10度,0.25 30m,df=0.25um,1mL/min,9mL/min,载气,

4、分流,初始柱温：溶剂沸点-10度,6mL/min,0mL/min,3mL/min,隔垫吹扫,高压进样,待机状态和进样后1min内,（高压时间设为1min时）,1mL/min,6mL/min,100Kpa,250Kpa,进样1min后，柱压回到100Kpa，柱流量恢复为1mL/min,主要用于分析微量组分（数十 ppm 或更低）使用不分流进样衬管或去活性不分流进样衬管衬管中可装填少量石英棉以提高重现性。如样品有强吸附性，最好不加石英棉。必须使用程序升温方式，初始温度低于溶剂沸点1020度可以使用高压进样方式不适合气体样品和低沸点溶剂类样品的分析不适合分析在溶剂峰之前出峰的组分,不分流进样小结,W

5、BI进样口,用于：宽孔径毛细管柱填充柱,载气 毛细柱,隔垫吹扫出口分流出口,1.Column Sleeve/Guide(OCI-mode)2.玻璃衬管（Glass Insert)(PTV-mode),OCI/PTV进样口,毛细管柱主要类型,Wall Coated Open Tubular,多孔层开口柱,管壁涂渍开口柱,毛细管柱管材,熔融石英 合成高纯石英外表面涂覆聚酰亚胺内表面经化学处理不锈钢用于高温分析最不易断裂内表面经特殊处理,固定相,大多数固定相为聚合物WCOT 毛细管柱:聚甲基硅氧烷（Polysiloxanes,silicones）聚乙二醇（Polyethylene glycols,P

6、EG）,固定相聚甲基硅氧烷,siloxane,backbone,固定相“ms”or low bleed version,苯基基团键合入硅氧烷聚合物主链,温度稳定性更好,固定液流失,100 C,270 C,300 C,300 C for 12 min,Bleed,固定相聚乙二醇,“WAX”or“FFAP”类固定液e.g.DB-WAX,DB-FFAP温度稳定性比聚硅氧烷类差，最高使用温度低于聚硅氧烷类固定液,常用固定相,Phase composition,J&W,SGE,Restek,100%dimethyl polysiloxane,DB-1,BP-1,Rtx-1,95%dimethyl-5%d

7、iphenyl polysiloxane,DB-5,BP-5,Rtx-5,Polyethylene glycol(PEG),DB-Wax,BP-20,Stabilwax,50%dimethyl-50%diphenyl polysiloxane,DB-17,BP-17,Rtx-50,固定相选择,选择与目标化合物极性相近的固定相-峰形和分离变好.分析非极性化合物非极性柱(e.g.Rtx-1)分析极性化合物极性柱(e.g.StabilWAX）按照分析目的选择固定相.当组分沸点差异大时：-非极性柱(e.g.Rtx-1)当组分沸点差异不大时，如异构体：-极性柱(e.g.StabilWAX）,按所需分离状

8、况选择需要高分离时：-内径:细、长度:长柱分离已足够，要缩短分析时间时：-内径:粗、长度:短、膜厚：薄柱按分析目的选择分析低沸点化合物时：-长度:长、膜厚：厚 柱 分析高沸点化合物时：-长度:短、膜厚:薄 柱,柱内径、长度、膜厚选择,毛细管柱流量设定,内径,载气流入 MS大流量 真空度差,柱内径 流量 0.25mm 1-2ml/min 0.32mm 2-4ml/min 0.53mm 10-15ml/min,GCMS-QP2010 Plus:允许最大流量：15mL/min(EI方式）,载气控制方式,恒流控制（使用填充柱和宽口径毛细管柱时)不管色谱柱阻力如何变化，载气流速始终恒定。(柱温上升时柱头

9、压力自动调整)恒压控制(通常用于毛细管柱)载气柱头压力始终恒定。(柱温变化时柱内流速同时改变)恒线速度方式（用于毛细管柱，GC-2010/2014具有此功能）柱内平均线速度维持不变.(色谱柱阻力变化时柱压自动调整),不同控制方式下载气线速度的变化(程序升温时),Interface（接口）,Interface:GC to MS的连接部件,使用石墨垫圈 密封（85%Vespel+15%石墨）,加热块,MS组成,离子化,离子聚焦,质量分离,离子检测,真空-另一重要因素-,真空系统确保离子由离子源转移至检测器,ion,air,water etc.,高真空,低真空,排气系统,压力 10-3-10-4 P

10、a(平均自由路径 5m-50m),主泵,副泵,真空泵(主泵),Turbo molecular pump（涡轮分子泵）,旋转叶片使气体分子向下移动并由出口排出干净真空启动和关机时间短价格昂贵,单泵排气系统和差动排气系统,差动排气系统更有利于高流量分析,单泵排气系统,差动排气系统,高真空,GCMS-QP2010 Plus 双入口差动排气系统,什么是离子？,离子：带电的原子或分子,+,-,Positive ion（正离子）,Negative ion（负离子）,Ionization（离子化）,样品分子在离子源中离子化根据样品条件不同(如气体或液体)，离子化方法也不同对气体样品来说有三种离子化方法EI(

11、Electron Impact，电子轰击电离)CI(Chemical Ionization，正化学电离PCI)NCI(Negative Chemical Ionization，负化学电离),e-,e-,e-,e-,e-,Sample from GC,filament,+,+,+,+,Fragment ion,QP,EI(电子轰击电离),分子离子产生：MeM+2e,最常用的离子化方法 开放式离子源 产生大量碎片离子,EI概述,碎片和质谱图,分子受到电子（70eV）轰击，在较低能量的化学键处发生断裂,A-B-C-D e,每一化合物具有特定的质谱图：用于化合物识别（定性）(谱库检索),EI 谱图示例

12、,m.w.72,from gas cylinder,filament,QP,CH4,CH5+C2H5+,Sample from GC,H+,-CH4,M+1,-C2H4,CI(正化学电离),需要反应气（Reagent gas）关闭式离子源(离子源内压力约 10Pa)碎片少(软电离)产生准分子离子（pseudo-molecular ions,M+1）有利于测定分子量,CI概述,EI和CI谱图比较,Methylstearate（硬酯酸甲酯）M.W.298,EI,CI,NCI(负化学电离),需要反应气（Reagent gas）关闭式离子源(离子源内压力约 1Pa)碎片少(软电离)带电负性基团的化合物

13、有高灵敏度(如卤素化合物),电子捕获反应,-,（：高电负性原子或离子，如卤素),NCI 质谱图,六氯苯 M.W.284,EI、CI、NCI应用,EI：定性 定量CI：定性 定量NCI：定性 定量,GCMS质量分析器,磁质量分析器 四极杆质量分析器 离子阱质量分析器飞行时间质量分析器,磁质量分析器,四极杆质量分析器,m/zVm：mass numberz：charge(=1 in GCMS)k：constant V:voltage applied to QP,四极杆质量分析器,离子阱质量分析器,飞行时间质量分析器,数据采集模式,当电压扫描时，离子依次进入检测器。测定间隔默认为 0.5 sec,SC

14、AN mode（扫描模式）,质谱图,图谱认识,TIC:Total Ion Chromatogram 总离子流图MS:Mass Spectrum 质谱图MC:Mass Chromatogram 质量色谱图MIC:Mixed Ion Chromatogram 加和离子流图（指定质量数范围内的“总”离子流图）,MC,MS,TIC&MC,色谱图和质谱图,SIM(Selected Ion Monitoring)mode(选择离子模式）,SIM主要用于定量分析只有特定质量数的离子被检测根据目标化合物选择合适的检测离子相当重要。灵敏度取决于所选择的检测离子。,Time,Vm/z,0.2sec,V85,V97

15、,SIM,数据采集模式,质谱图,Scan&SIM Mode,m/z,Retention time,TIC:Scan Mode,72,54,152,SIM检测离子,SIM Mode,灵敏度高于 Scan 方式,Typical Contaminants,Mass(M/Z)Compound ClassificationPotential Source-18,28,32,40,44AirH2O,N2,O2,Ar,CO231SolventMeOH43,58SolventAcetone77Benzene,Xylene85Freons91,92Toluene105,106Xylene22,73,147,20

16、7,281,295,355,429DimethylpolysiloxaneSeptum/column41,45,55,57,71,85,99HydrocarbonFingerprint/pump oil149PhthalatesPlasticizers,MS的调整（调协，tuning）,所有调整都可利用工作站软件完成灵敏度调整分辨率调整质量数校正相对强度校正,调谐用标样（PFTBA）,relative m/z intensity 69 100.0131 26.0219 32.0414 2.0502 2.0614 0.4,DI直接进样法,直接进样系统绕过了气相色谱(GC)而直接将样品注入到离子源

17、中.,可分析 GC 难以分析的化合物.不必考虑气相色谱的条件而容易地得到质谱.直接进样系统最高可达 500，5 段升温速率.可配合不同的离子源分析：DI-EI、DI-CI、DI-NCI.,直接进样法的特点,操作方法,1,21,3,4,样品加入进样杆,进样杆沿导轨插入。(专利产品),进样杆插入到离子源。,经由：GCMSsolution 启动温度控制。,应用实例1：利血平的分析,利血平的分子量608、沸点高，属于GC 分析困难的组分。采用 DI 可简单地得到质谱，可进行鉴定。,利血平的DI分析,DI-EI谱,可通过谱库检索鉴定,DI-CI谱,确认分子离子峰，进而确定分子量,十溴二苯醚的质谱,100

18、,TIC,500,DBDE,可塑剤,PS,使用DI-MS测定聚苯乙烯的十溴二苯醚,分析方法的建立,分析方法,仪器参数GC参数:色谱柱、流量、温度等MS参数:温度、检测器电压、扫描范围等数据处理参数积分参数：峰宽、斜率等定性参数：相似性检索谱库等定量参数：计算方法、校正级别、组分表等,积分参数,积分参数 峰宽：WIDTH 斜率：SLOPE 漂移：DRIFT 变参时间：T.DBL,去除高频噪声(电磁干扰）WH/2WIDTH/4控制数据采集速度(对GC而言），WIDTH/10采一次数据,WIDTH：设为最窄峰的半高宽，单位：秒,推荐值：填充柱 5sec 毛细柱 23sec（GCMS只用毛细管柱）,积

19、分参数,判断峰起点和结束点滤除低平噪声（如蛇行等）,SLOPE：10倍WIDTH的所有信号的总和，用于：,积分参数,定量参数,校正级别（曲线计算方法）单点校正（liner)多点校正（两点和两点以上）线性回归点到点连线（折线）二次曲线三次曲线,单点校正,对每一组分仅做一个浓度的标样标样浓度应尽可能接近实际样品中各组分的浓度单点校正曲线通过原点,多点校正,对每一组分至少作两个不同浓度水平的校正标样浓度范围应包含实际样品中各组分的浓度多级校正有几种方式 1.响应值随浓度变化不呈线性变化时，使用多线性校正（折线校正）或二次曲线、三次曲线 2.组分响应值随浓度变化呈线性变化时，使用最小二乘法，进行线性回

20、归校正,计算方法,面积百分率法校正面积百分率法外标法内标法,计算方法（一）,面积百分率法（面积归一）各组分浓度以面积百分率表示，该结果可以确认大概的浓度，但有误差。校正面积百分率法（校正面积归一）用重量响应因子对峰面积进行修正，用该法测定的浓度比前者准确，但前提是样品中所有组分都出峰，否则也有误差存在。这两种方法应用的必须条件是：1.样品中所有组分都出峰；2.所有峰面积计算必须准确。,面积百分率法,不需标样组分的灵敏度相近得到大致浓度.(不能用于精确定量),未知样,组分 A,峰面积,1000,2000,500,1000,总面积:4500,+,+,=,+,校正面积百分率法,需要所有组分的标样,标

21、样(等量组分混合),峰面积,1000,1500,1000,500,+,+,+,组分A的浓度为,未知样,组分A,峰面积,1000,2000,500,1000,校正后的总面积:2417,+,+,=,+,相对灵敏度,2,3,2,1,:,:,:,相对灵敏度,2,3,2,1,3.外标法该法是应用最广泛的方法之一，其误差来源主要是进样误差，因此，分析前一定要做面积重复性（即进样重复性）实验。4.内标法在样品中添加内标物，通过组分与内标峰的面积比，对组分进行定量。该方法减小了进样误差对定量结果的影响。,计算方法（二）,需要标样 目标组分被检测到，就可定量进样量的误差直接影响定量结果,100,浓度(ppm),

22、1000,峰面积,700,70,组分A的浓度为70ppm,外标法,需要标样和内标物。目标组分和内标物被检测到，就可定量。可减小进样量的误差对结果的影响。-定量结果最为准确内标物必须准确添加入所有未知样品中。,未知样+IS:100ppm1uL,组分 A,1,浓度比,1.2,面积比,0.7,0.58,标样 1uL组分A:100ppm内标:100ppm,组分 A,峰面积,1200,1000,面积比,1.2,内标：IS,内标：IS,峰面积,700,1000,面积比,0.7,组分 A 的浓度为：未知样中的内标浓度:100ppmX浓度比:0.58=58ppm,内标法,内标物的选择,内标物峰与试样中所有成分

23、的峰完全分离。内标物峰与目标成分峰保留时间不应差太远。内标物具有与分析目标成分类似的化学性质。,岛津国际贸易（上海）有限公司分析中心,GCMS的维护与保养,GCMS-QP2010Plus,MS的构造,接口,四极杆,离子源,ETP检测器,典型的 GCMS 问题,灵敏度差污染物真空泄漏离子源污染,典型污染,Mass(M/Z)Compound ClassificationPotential Source-18,28,32,40,44空气H2O,N2,O2,Ar,CO231溶剂伯醇43,58溶剂丙酮77苯,二甲苯85氟利昂91,92甲苯105,106二甲苯22,73,147,207,281,295,3

24、55,429二甲基聚硅氧烷 进样垫/柱子41,45,55,57,71,85,99烃类 指印/泵油149邻苯二甲酸酯增塑剂,GC日常维护,载气 进样口 玻璃衬管 进样垫 石墨垫 色谱柱 流量控制器,载气,何时维护?-每天检查钢瓶压力-每三个月检查压力表-及时更换分子筛过滤器 如何做?-使用高纯载气(纯度 99.999%)-使用可除去水、氧气、有机污染物的各种过滤 器。,进样垫的维护与检查,维护与检查的时期注入次数达100次时，进行更换保留时间、面积的重现性变差出现鬼峰检修内容漏气进样垫污染,仪器降温,日常关机窗口设置降温温度后，单击Shutdown温度降低后，关闭载气流量,更换进样垫,拧紧后，回

25、转半圈,玻璃衬管的维护与检查,维护与检查的时期分析前保留时间、面积的重现性变差出现鬼峰检修内容玻璃衬管的类型玻璃衬管是否破损玻璃衬管中石英玻璃棉的装填情况玻璃衬管是否污染,玻璃衬管的类型,GC-2010玻璃衬管,更换玻璃衬管,清洗玻璃衬管,将玻璃衬管污染部分浸于溶剂（丙酮等）中放置数小时 或用超声波进行清洗。如上述方法无法清洗干净，可将玻璃衬管浸泡于1N硝酸 溶液中78小时,玻璃衬管的去活,典型的 DMCS 处理过程(1)用1N HCl 清洗玻璃衬管(2)用丙酮清洗玻璃衬管和石英棉并吹干(3)用正己烷中 5%DMCS浸泡玻璃衬管和石英棉 12 小时(4)取出玻璃衬管和石英棉正己烷冲洗(5)用甲

26、醇清洗 2-3 次，然后,用甲醇浸泡1小时(6)取出吹干即可使用 DMCS:二甲基氯硅烷,装填石英棉,流路系统,维护与检查的时期基线不稳噪声变大检修内容 每6个月更换PURGE和SPLIT的捕集管和分子筛 定期检查捕集管是否堵塞.注意:堵塞会引起压力波动或升高,更换硅胶捕集管,色谱柱的使用,（1）柱的使用温度要尽量比柱的耐热温度低。（可延长柱的使用寿命，减低检测器的噪声）（2）除去载气中的氧（特别是使用极性柱时）使用高纯度气体（99.999%）气瓶更换时注意不要混入空气 氦气净化器安装于气体流路中（3）不要使难于挥发的成分进入柱内 充分做好试样的前处理 使用玻璃衬管和石英棉,色谱柱维护的时期,

27、使用新的石墨压环基线不稳出现鬼峰,色谱柱的老化,为什么必须进行色谱柱老化？新色谱柱含有溶剂和高沸点物质，所以基线不稳，出现鬼峰和噪声；旧柱长时间未用，也存在同样问题。一般 采用升温老化，即从室温程序升温到最高温度，并在高温段保持数小时。新柱老化时，最好不要连接检测器。每天都要进行老化吗？视仪器基线情况，确定是否需要老化以及老化时间。,色谱柱老化条件,柱箱温度设定 35 柱子最高使用温度以下 30，保持2小时 升温速率5/minINJ&接口柱箱最高温度+30老化时间 2 6 小时，视污染情况和色谱柱而定。用上述方法不能除去时，切掉进样口侧色谱柱50cm左右。,操作须知,进行离子源操作时需要戴清洁

28、的手套用丙酮清洗所有的工具以降低噪声取下的部件避免污染,MS日常维护,日常维护周期,硬件调谐(每日)机械泵(每 6个月)灯丝(需要时)检漏(每日)GC检漏真空检漏 离子源(需要时)PFTBA(每 6个月),机械泵,何时需要维护 真空失败 漏油 噪声大 维护时间 每 6个月检查内容 泵紧固螺丝是否拧紧，泵是否漏油，泵油是否够用，排气口是否通畅，放气口是否拧紧。,机械泵更换泵油,1）打开放油孔，放出机油后，重新拧紧2）打开软件在线分析，在真空 控制窗口/高级功能下，开 启机械泵510秒后关闭。3）重新打开放油孔，放出残留 机油后拧紧。4）加入新机油 更换泵油周期：每3000小时,GC泄漏,关闭仪器

29、.取下柱子，将接口用死堵密封.封好 SPLIT&PURGE出口.加上柱前压(300Kpa)&流量(50ml/min)30-60min.如果1小时后压力不下降,说明不漏气.,MS真空泄漏,大的泄漏开机几分钟后机械泵排气的声音仍不消失.分子涡轮泵启动5分钟后,真空系统关闭.小的泄漏机械泵和分子涡轮泵工作正常，可从“峰监控”窗口观 察到.,MS真空检漏,(1)选择GCMSSolution在线分析助手栏中“Tuning”图标(2)选择助手栏中“Peak Monitor View”(3)选择“水、空气”组(4)打开灯丝，比较18和28质量数的峰高，如28峰高大于18峰高的两倍，表明有漏气。(5)将32质

30、量数改为43，设定放大倍数为50，检测器电压为1KV(6)打开灯丝(7)用进样针吸取少量石油醚，依次注射于进样口上部螺母、色谱柱两端接头和离子源前门处，并观察43质量数的峰高，如峰高明显增大，说明该部位有漏气。,可能泄漏的部位,离子源舱门,色谱柱接口,PFTBA,每6个月检查一次 如果需要添加标样,清洗离子源,离子源污染后:重现性差 不能自动调谐 调谐报告出现 灵敏度低 噪声大 高质量数强度降低(M/Z 512,614)检测器电压增高,清洗离子源,打开离子源舱门,清洗离子源,取下排斥极导线,用六角扳手拧松接口固定螺丝一圈。,清洗离子源,安装离子源杆,清洗离子源,用螺丝刀将两个固定螺丝拧松一圈,

31、清洗离子源,将离子源固定帽右移5mm到旁边固定,清洗离子源,用螺丝刀将两个固定螺丝完全松开,清洗离子源,取出离子源盒,清洗离子源,取下的离子源盒放在洁净的布或纸上,清洗离子源,取下离子源杆,清洗离子源,分开排斥极和离子源盒,清洗离子源,按以下步骤拆开排斥极,清洗离子源,将螺母拧松,按顺序取下各部件,清洗离子源,用专用清洁布擦洗离子源盒和排斥极,清洗离子源,离子源盒擦洗部位,清洗离子源,排斥极擦洗部位,清洗离子源,将各部件放入洁净的烧杯中，加入丙酮（优级纯）,超声波清洗,清洗离子源,将离子源盒和排斥极放入马弗炉中，400加热1小时,清洗离子源,按照原来的顺序组装排斥极,清洗离子源,调节小孔的位置，拧紧螺母。注意：螺母不要拧的太紧，以免夹碎陶瓷绝缘片。,清洗离子源,将排斥极组装在离子源盒上，安装离子源杆,清洗离子源,安装离子源,清洗离子源,用螺丝刀将两个螺丝拧紧，再松开一圈,清洗离子源,将离子源固定帽复位,清洗离子源,用螺丝刀将两个螺丝拧紧，取下离子源杆,清洗离子源,连接排斥极导线,清洗离子源,关闭离子源舱门，拧紧螺母,