1、1气相色谱-质谱联用(GC-MS)一、实验目的 1. 了解质谱检测器的基本组成及功能原理，学习质谱检测器的调谐方法； 2. 了解色谱工作站的基本功能，掌握利用气相色谱-质谱联用仪进行定性分析的基本操作。二、实验原理 气相色谱法（gas chromatography, GC）是一种应用非常广泛的分离手段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。气相色谱法虽然可以将复杂混合物中的各个组分分离开，但其定性能力较差，通常只是利用组分的保留特性来定性，这在欲定性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时，对组分定性分析就十分困难了。随着质谱（mass spec
2、trometry, MS） 、红外光谱及核磁共振等定性分析手段的发展，目前主要采用在线的联用技术，即将色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机，来解决色谱定性困难的问题。气相色谱质谱联用（GC-MS）是最早实现商品化的色谱联用仪器。目前，小型台式 GC-MS 已成为很多实验室的常规配置。 1. 质谱仪的基本结构和功能 质谱系统一般由真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和计算机控制与数据处理系统（工作站）等部分组成。 质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的分子离子反应。质谱仪的高真空系统一般由机械泵和扩散泵或涡轮分子泵串联组成。机械泵
3、作为前级泵将真空抽到 10-110-2Pa，然后由扩散泵或涡轮分子泵将真空度降至质谱仪工作需要的真空度10-410-5Pa。虽然涡轮分子泵可在十几分钟内将真空度降至工作范围，但一般仍然需要继续平衡 2 小时左右，充分排除真空体系内存在的诸如水分、空气等杂质以保证仪器工作正常。 2气相色谱质谱联用仪的进样系统由接口和气相色谱组成。接口的作用是使经气相色谱分离出的各组分依次进入质谱仪的离子源。接口一般应满足如下要求：(a)不破坏离子源的高真空，也不影响色谱分离的柱效；(b)使色谱分离后的组分尽可能多的进入离子源，流动相尽可能少进入离子源；(c)不改变色谱分离后各组分的组成和结构。 离子源的作用是将
4、被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，汇聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。其性能直接影响质谱仪的灵敏度和分辨率。离子源的选择主要依据被分析物的热稳定性和电离的难易程度，以期得到分子离子峰。电子轰击电离源（EI）是气相色谱质谱联用仪中最为常见的电离源，它要求被分析物能气化且气化时不分解。 质量分析器是质谱仪的核心，它将离子源产生的离子按质荷比（m/z）的不同,在空间位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。以四极质量分析器（四极杆滤质器）为质量分析器的质谱仪称为四极杆质谱。它具有重量轻、体积小、造价
5、低的特点，是目前台式气相色谱质谱联用仪中最常用的质量分析器。 检测器的作用是将来自质量分析器的离子束进行放大并进行检测，电子倍增检测器是色谱质谱联用仪中最常用的检测器。 计算机控制与数据处理系统（工作站）的功能是快速准确地采集和处理数据；监控质谱及色谱各单元的工作状态；对化合物进行自动的定性定量分析；按用户要求自动生成分析报告。 标准质谱图是在标准电离条件70eV 电子束轰击已知纯有机化合物得到的质谱图。在气相色谱质谱联用仪中，进行组分定性的常用方法是标准谱库检索。即利用计算机将待分析组分（纯化合物）的质谱图与计算机内保存的已知化合物的标准质谱图按一定程序进行比较，将匹配度（相似度）最高的若干
6、个化合物的名称、分子量、分子式、识别代号及匹配率等数据列出供用户参考。值得注意的是，匹配率最高的并不一定是最终确定的分析结果。 目前比较常用的通用质谱谱库包括美国国家科学技术研究所的 NIST 库、3NIST/EPA（美国环保局）/NIH（美国卫生研究院）库和 Wiley 库，这些谱库收录的标准质谱图均在 10 万张以上。 2. 质谱仪的调谐 为了得到好的质谱数据，在进行样品分析前应对质谱仪的参数进行优化，这个过程就是质谱仪的调谐。调谐中将设定离子源部件的电压；设定 amu gain 和 amu off 值以得到正确的峰宽；设定电子倍增器（EM）电压保证适当的峰强度；设定质量轴保证正确的质量分
7、配。 调谐包括自动调谐和手动调谐两类方式，自动调谐中包括自动调谐、标准谱图调谐、快速调谐等方式。如果分析结果将进行谱库检索，一般先进行自动调谐，然后进行标准谱图调谐以保证谱库检索的可靠性。三、仪器和试剂 HP-6890plus 气相色谱、HP-5973N 质谱、He 气源（99.999%） 、毛细管色谱柱：HP-5MS (30m0.32mm0.25m)、10.0l 微量进样器 甲苯、邻二甲苯和萘的混合物的苯溶液，浓度均为 100ppm。四、实验步骤 1. 气相色谱质谱联用仪的开启及调谐 (1)检查质谱放空阀门是否关闭；毛细管柱是否接好。 (2)打开 He 钢瓶，调节输出压力为 0.5Mpa。
8、(3)依次启动计算机、HP-6890plus 气相色谱、HP-5973N 质谱的电源。 (4)输入正确的密码后进入计算机桌面。 (5)左键双击桌面上的“化学工作站”图标，输入“用户名”和“密码” ，进入“化学工作站” 。 (6)左键单击“化学工作站”界面中“view” ，再用左键单击其下拉菜单中的“Diagnostics/Vacuum Control”项，进入“Diagnostics/Vacuum Control（诊断与真空控制） ”窗口。 (7)在 Vacuum 的下拉菜单中选择 pump down 开始抽真空；同时分别设定离4子源和四极杆的温度为 150 和 230 。 (8)在 View
9、 的下拉菜单中选择 Manual Tune，进入调谐界面。 (9)在 Tune 的下拉菜单中选择 Autotune，进入自动调谐状态。自动调谐通过后，在 File 的下拉菜单中选择 Save Tune Values，以 Atune.U 为文件名，以 Custom(*.U) 格式，点击 Open 钮将调谐文件保存在 5973n 的目录下。 (10)在 Tune 的下拉菜单中选择 Standard Spectra Tune，进行标准谱图调谐。调谐完成后，在 File 的下拉菜单中选择 Save Tune Values，以 Stune.U为文件名，以 Custom(*.U) 格式，点击 Open 钮
10、将调谐文件保存在 5973n 的目录下。 (11)在 View 的下拉菜单中选择 Instrument Control, 返回仪器控制界面。2. 方法的输入设定 (1)在 Method 的下拉菜单中选择 Edit Entire Method 进入方法编辑界面。 (2)对 check method section to edit 和 method to run 等界面中的选项都选中并点击 OK 按钮。 (3)在 Inlet and Injection 界面中，sample 项选择 GC; Injection source 项选择 Manual; Injection Location 项选择 fr
11、ont; 选中 use MS，点击 OK 钮确定。 (4)在 InstrumentEdit界面中，点击 Inlet 图标。在 Mode 栏选择Split、Gas 栏选择 He，分流比 1：20；选中 Heater ，并在 Setpoint 栏中输入气化室温度 250，点击 Apply 钮确定输入的参数。 (5)单击 Columns 图标，在 Mode 栏选择 Const Flow，Inlet 栏选择Front，Detector 栏选择 MSD，Outlet psi 栏选择 Vacuum，Flow 栏输入1.1ml/min。单击 Apply 确定输入的参数。 (6)单击 Oven 图标，选中 O
12、n，将程序升温条件按下表输入： Oven Ramp /min Next Holdmin Initial 80 1.00 Ramp1 10.00 180 5.00 5Ramp2 0 单击 Apply 确定输入的参数。 (7)单击 Detector 图标，关闭所有 GC 检测器及气体，单击 Apply 确定。 (8)单击 Aux 图标，在 Heater 栏选中 On, Type 栏选中 MSD, 温度按下表设置 Ramps /min Next Hold min Initial 280 0.00 Ramp1 0.00 单击 Apply 确定输入的参数。 (9)单击 OK，出现 GC Real Tim
13、e Plot 界面，直接点击 OK。 (10)出现 MS Tune File 界面，选择 Stune.U 作为调谐文件，单击 OK。 (11)出现 MS SIM/Scan Parameters 界面，在 EM Voltage 栏输入0，Solvent Delay 栏输入 3.2(min)，在 Acq. Mode 栏选择 Scan, 单击 OK。 (12)出现 Select Reports 界面，选中 Percent Report，单击 OK。 (13)出现 Percent Report Options 界面，选中 Screen，设定为屏幕输出方式，单击 OK。 (14) 出现 Save Met
14、hod As 界面，输入本方法的名称为 Test.m，单击 OK以保存方法。 3. 数据的采集 (1)在 Instrument Control 界面中，单击绿箭头图标，出现 Acquisition-Sample Information 界面，分别输入 Operator name、Data File Name(文件名)、Sample Name 等栏的内容，单击 Start Run，稍后出现进样的提示框。 (2)用微量进样器进 1.0l 甲苯、邻二甲苯和萘的混合溶液，按下 GC 键盘上的 Start 键开始。 (3)出现“Override solvent delay ?”的提示时，单击 No 或不
15、作任何选择。 (4)双击桌面上的 Data Analysis 图标，进入数据分析界面，在 Files 菜单6中选择 Take Snapshot(快照)可得到截至快照时刻的所有数据。 4. 数据分析 (1)数据采集结束后，在 Data Analysis 界面中选择 File/Load File,打开得到的谱图。 (2)在不同的谱峰上双击右键，可得到各峰的定性结果和结构式。 (3)选择 Chromatography 中的 Integrate，对谱图积分。也可在调整了积分事件中的有关参数的设置后再积分。 (4)选择 Spectrum 中的 Select Library，出现 Library Search Parameter 界面。在 Library Name 栏中输入 Nist98.L，单击 OK，确定进行用来检索的标准谱库。 (5)选择 Spectrum 中的 Library Search Report，出现 Library Search Report Options 界面，在 Style 栏选择 Summary，在 Destination 栏选择Screen 或 Printer 可在屏幕上显示或大于检索结果报告。
