氣質聯用儀的基本構成和工作原理

氣質聯用儀的基本構成和工作原理   

氣質聯用(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。   

質譜儀的基本部件有：離子源、濾質器、檢測器三部分組成，它們被安放在真空總管道內。接口：由GC出來的樣品通過接口進入到質譜儀，接口是色質聯用系統的關鍵。   

接口作用：

1、壓力匹配——質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，使被測物濃縮后進入離子源。

常見接口技術有：

1、分子分離器連接(主要用于填充柱)擴散型——擴散速率與物質分子量的平方成反比，與其分壓成正比。當色譜流出物經過分離器時，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約50cm，內徑0.5mm的不銹鋼毛細管連接，色譜流出物經過毛細管全部進入離子源，這種接口技術樣品利用率高。

3、開口分流連接該接口是放空一部分色譜流出物，讓另一部分進入質譜儀，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是最常用的一種離子源，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、進入質量分析器分析。

EI特點：

⑴、電離效率高，能量分散小，結構簡單，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生反應，形成比樣品分子大一個質量數的(M+1) 離子，或稱為準分子離子。準分子離子也可能失去一個H2，形成(M-1)離子。

CI特點

⑴、不會發生象EI中那么強的能量交換，較少發生化學鍵斷裂，譜形簡單。

⑵、分子離子峰弱，但(M+1) 峰強，這提供了分子量信息。    

1. 場致離子化(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、類等。能產生較強的分子離子峰和準分子離子峰。   

2. 場解吸離子化( field desorption ionization，FD) 用于極性大、難氣化、對熱不穩定的化合物。    

3. 負離子化學離子化(negative ion chemical ionization，NICI)是在正離子MS的基礎上發展起來的一種離子化方法，其給出特征的負離子峰，具有很高的靈敏度(10-15g)。質量分析器：其作用是將電離室中生成的離子按質荷比(m/z)大小分開，進行質譜檢測。

4. 常見質量分析器有：  

5. 1、四極質量分析器(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入電場后，在極性相反的電極間振蕩，只有質荷比在某個范圍的離子才能通過四極桿，到達檢測器，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，可使不同質荷比的離子依次到達檢測器，被分離檢測。 

2、扇形質量分析器

磁式扇形質量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被電場加速的離子進入磁場后，運動軌道彎曲了，離子軌道偏轉可用公式表示：當H，V一定時，只有某一質荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。

特點：分辨率低，對質量同、能量不同的離子分辨較困難。   

3、雙聚焦質量分析器(double-focusing massassay)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離子通過，并按不同能量聚焦，先后進入磁分析器，經過兩次聚焦，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：總離子流色譜法(total ionization chromatography，TIC)——類似于GC圖譜，用于定量。l反復掃描法(repetitive scanningmethod，RSM)——按一定間隔時間反復掃描，自動測量、運算，制得各個組分的質譜圖，可進行定性。l質量色譜法(masschromatography，MC)——記錄具有某質荷比的離子強度隨時間變化圖譜。在選定的質量范圍內，任何一個質量數都有與總離子流色譜圖相似的質量色譜圖。