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氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本構(gòu)成和工作原理

更新時(shí)間:2015-11-20      點(diǎn)擊次數(shù):8380

氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本構(gòu)成和工作原理   

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(cè)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(jìn)入到質(zhì)譜儀,接口是色質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。   

接口作用:    1、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(dá)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(cè)物濃縮后進(jìn)入離子源。 

  常見接口技術(shù)有:    1、分子分離器連接 (主要用于填充柱)    擴(kuò)散型——擴(kuò)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(shí),小分子的載氣易從微孔中擴(kuò)散出去,被真空泵抽除,而被測(cè)物分子量大,不易擴(kuò)散則得到濃縮。   2、直接連接法(主要用于毛細(xì)管柱)    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(jìn)入離子源,這種接口技術(shù)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(jìn)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:    1、電子轟擊離子化(electron impact ionization,EI)EI是zui常用的一種離子源,有機(jī)分子被一束電子流(能量一般為70eV)轟擊,失去一個(gè)外層電子,形成帶正電荷的分子離子(M+),M+進(jìn)一步碎裂成各種碎片離子、中性離子或游離基,在電場(chǎng)作用下,正離子被加速、聚焦、進(jìn)入質(zhì)量分析器分析。   EI特點(diǎn):    ⑴、電離效率高,能量分散小,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(duì)化合物的鑒別和結(jié)構(gòu)解析十分有利。    ⑶、所得分子離子峰不強(qiáng),有時(shí)不能識(shí)別。   本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。   

 2、化學(xué)離子化(chemicalionization,CI)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(jìn)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(fā)生反應(yīng),形成比樣品分子大一個(gè)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(gè)H2,形成(M-1)離子。   CI特點(diǎn)    ⑴、不會(huì)發(fā)生象EI中那么強(qiáng)的能量交換,較少發(fā)生化學(xué)鍵斷裂,譜形簡(jiǎn)單。   ⑵、分子離子峰弱,但(M+1) 峰強(qiáng),這提供了分子量信息。    

  1. 場(chǎng)致離子化(fieldionization,F(xiàn)I) 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(chǎn)生較強(qiáng)的分子離子峰和準(zhǔn)分子離子峰。   
  2.  場(chǎng)解吸離子化( field desorption ionization,F(xiàn)D) 用于極性大、難氣化、對(duì)熱不穩(wěn)定的化合物。    
  3. 負(fù)離子化學(xué)離子化(negative ion chemical ionization,NICI)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(10-15g)。   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(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。
  4. 常見質(zhì)量分析器有:  
  5.   1、四極質(zhì)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(jìn)入電場(chǎng)后,在極性相反的電極間振蕩,只有質(zhì)荷比在某個(gè)范圍的離子才能通過四極桿,到達(dá)檢測(cè)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(dá)檢測(cè)器,被分離檢測(cè)。 

        2、扇形質(zhì)量分析器    磁式扇形質(zhì)量分析器(magnetic-sector massanalyzer)被電場(chǎng)加速的離子進(jìn)入磁場(chǎng)后,運(yùn)動(dòng)軌道彎曲了,離子軌道偏轉(zhuǎn)可用公式表示:當(dāng)H,V一定時(shí),只有某一質(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達(dá)檢測(cè)器。    特點(diǎn):分辨率低,對(duì)質(zhì)量同、能量不同的離子分辨較困難。   

       3、雙聚焦質(zhì)量分析器(double-focusing massassay)由一個(gè)靜電分析器和一個(gè)磁分析器組成,靜電分析器允許有某個(gè)能量的離子通過,并按不同能量聚焦,先后進(jìn)入磁分析器,經(jīng)過兩次聚焦,大大提高了分辨率。   

        4、離子阱檢測(cè)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(yùn)動(dòng),通過底端小孔進(jìn)入檢測(cè)器。  

     檢測(cè)器:    檢測(cè)器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號(hào),并將信號(hào)放大,常用檢測(cè)器是電子倍增器。當(dāng)離子撞擊到檢測(cè)器時(shí)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(gè)倍增器電極,噴射出更多的電子,由此連續(xù)作用,每個(gè)電子碰撞下一個(gè)電極時(shí)能噴射出2~3個(gè)電子,通常電子倍增器有14級(jí)倍增器電極,可大大提高檢測(cè)靈敏度。   

        GC-MS的常用測(cè)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(fù)掃描法(repetitive scanningmethod,RSM)——按一定間隔時(shí)間反復(fù)掃描,自動(dòng)測(cè)量、運(yùn)算,制得各個(gè)組分的質(zhì)譜圖,可進(jìn)行定性。l質(zhì)量色譜法(masschromatography,MC)——記錄具有某質(zhì)荷比的離子強(qiáng)度隨時(shí)間變化圖譜。在選定的質(zhì)量范圍內(nèi),任何一個(gè)質(zhì)量數(shù)都有與總離子流色譜圖相似的質(zhì)量色譜圖。

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