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想運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)進(jìn)行的一次完美實(shí)驗(yàn)？

首先，我們需要了解質(zhì)譜檢測(cè)器的基本組成及功能原理，學(xué)習(xí)質(zhì)譜檢測(cè)器的調(diào)諧方法；

其次，我們需要了解色譜工作站的基本功能，掌握利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）進(jìn)行定性分析的基本操作；

實(shí)驗(yàn)原理 

 

 

 

 

氣相色譜法（gas chromatography，GC）是一種應(yīng)用非常廣泛的分離手段，它是以惰性氣體作為流動(dòng)相的柱色譜法，其分離原理是基于樣品中的組分在兩相間分配上的差異。氣相色譜法雖然可以將復(fù)雜混合物中的各個(gè)組分分離開(kāi)，但其定性能力較差，通常只是利用組分的保留特性來(lái)定性，這在欲定性的組分完全未知或無(wú)法獲得組分的標(biāo)準(zhǔn)樣品時(shí)，對(duì)組分定性分析就十分困難了。隨著質(zhì)譜（mass spectrometry，MS）、紅外光譜及核磁共振等定性分析手段的發(fā)展。目前，主要采用在線的聯(lián)用技術(shù)，即將色譜法與其它定性或結(jié)構(gòu)分析手段直接聯(lián)機(jī)，來(lái)解決色譜定性困難的問(wèn)題。氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）是最早實(shí)現(xiàn)商品化的色譜聯(lián)用儀器。目前，小型臺(tái)式GC-MS已成為很多實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)配置。

 

1.質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)和功能 ：

質(zhì)譜系統(tǒng)一般由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器和計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（工作站）等部分組成： 

質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)器必須在高真空狀態(tài)下工作，以減少本底的干擾，避免發(fā)生不必要的分子－離子反應(yīng)。質(zhì)譜儀的高真空系統(tǒng)一般由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵或渦輪分子泵串聯(lián)組成。機(jī)械泵作為前級(jí)泵將真空抽到10-1～10-2Pa，然后由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵將真空度降至質(zhì)譜儀工作需要的真空度10-4～10-5Pa。雖然，渦輪分子泵可在十幾分鐘內(nèi)將真空度降至工作范圍，但一般仍然需要繼續(xù)平衡2小時(shí)左右，充分排除真空體系內(nèi)存在的諸如水分、空氣等雜質(zhì)以保證儀器工作正常。 

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣系統(tǒng)由接口和氣相色譜組成。接口的作用是使經(jīng)氣相色譜分離出的各組分依次進(jìn)入質(zhì)譜儀的離子源。接口一般應(yīng)滿足如下要求：

（a）不破壞離子源的高真空，也不影響色譜分離的柱效；

（b）使色譜分離后的組分盡可能多的進(jìn)入離子源，流動(dòng)相盡可能少進(jìn)入離子源；

（c）不改變色譜分離后各組分的組成和結(jié)構(gòu)；

離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，匯聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進(jìn)入質(zhì)量分析器被分離。其性能直接影響質(zhì)譜儀的靈敏度和分辨率。離子源的選擇主要依據(jù)被分析物的熱穩(wěn)定性和電離的難易程度，以期得到分子離子峰。電子轟擊電離源（EI）是氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀中最為常見(jiàn)的電離源，它要求被分析物能氣化且氣化時(shí)不分解。 

 質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心，它將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)荷比（m/z）的不同,在空間位置、時(shí)間的先后或軌道的穩(wěn)定與否進(jìn)行分離，以得到按質(zhì)荷比大小順序排列的質(zhì)譜圖。以四極質(zhì)量分析器（四極桿濾質(zhì)器）為質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀稱為四極桿質(zhì)譜。它具有重量輕、體積小、造價(jià)低的特點(diǎn)，是目前臺(tái)式氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀中最常用的質(zhì)量分析器。 

檢測(cè)器的作用是將來(lái)自質(zhì)量分析器的離子束進(jìn)行放大并進(jìn)行檢測(cè)，電子倍增檢測(cè)器是色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀中最常用的檢測(cè)器。 

計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（工作站）的功能是快速準(zhǔn)確地采集和處理數(shù)據(jù)；監(jiān)控質(zhì)譜及色譜各單元的工作狀態(tài)；對(duì)化合物進(jìn)行自動(dòng)的定性定量分析；按用戶要求自動(dòng)生成分析報(bào)告。 

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖是在標(biāo)準(zhǔn)電離條件——70eV電子束轟擊已知純有機(jī)化合物得到的質(zhì)譜圖。在氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀中，進(jìn)行組分定性的常用方法是標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)檢索。即利用計(jì)算機(jī)將待分析組分（純化合物）的質(zhì)譜圖與計(jì)算機(jī)內(nèi)保存的已知化合物的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖按一定程序進(jìn)行比較，將匹配度（相似度）最高的若干個(gè)化合物的名稱、分子量、分子式、識(shí)別代號(hào)及匹配率等數(shù)據(jù)列出供用戶參考。值得注意的是，匹配率最高的并不一定是最終確定的分析結(jié)果。 

目前，比較常用的通用質(zhì)譜譜庫(kù)包括美國(guó)國(guó)家科學(xué)技術(shù)研究所的NIST庫(kù)、NIST/EPA（美國(guó)環(huán)保局）/NIH（美國(guó)衛(wèi)生研究院）庫(kù)和Wiley庫(kù)，這些譜庫(kù)收錄的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖均在10萬(wàn)張以上。 

 

2.質(zhì)譜儀的調(diào)諧： 

為了得到好的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，在進(jìn)行樣品分析前應(yīng)對(duì)質(zhì)譜儀的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，這個(gè)過(guò)程就是質(zhì)譜儀的調(diào)諧。調(diào)諧中將設(shè)定離子源部件的電壓；設(shè)定amu gain和amu off值以得到正確的峰寬；設(shè)定電子倍增器（EM）電壓保證適當(dāng)?shù)姆鍙?qiáng)度；設(shè)定質(zhì)量軸保證正確的質(zhì)量分配。 

調(diào)諧包括自動(dòng)調(diào)諧和手動(dòng)調(diào)諧兩類方式，自動(dòng)調(diào)諧中包括自動(dòng)調(diào)諧、標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧、快速調(diào)諧等方式。如果分析結(jié)果將進(jìn)行譜庫(kù)檢索，一般先進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧以保證譜庫(kù)檢索的可靠性。

 

 

 

 

儀器和試劑 

 

 

 

 

 

HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質(zhì)譜、He氣源（99.999%）、毛細(xì)管色譜柱：HP-5MS(30m×0.32mm×0.25μm)、10.0μL微量進(jìn)樣器 

甲苯、鄰二甲苯和萘的混合物的苯溶液，濃度均為100ppm。

 

 

 

 

實(shí)驗(yàn)步驟 

 

 

 

 

 

1.氣相色譜－質(zhì)譜聯(lián)用儀的開(kāi)啟及調(diào)諧 

(1)檢查質(zhì)譜放空閥門是否關(guān)閉；毛細(xì)管柱是否接好。 

(2)打開(kāi)He鋼瓶，調(diào)節(jié)輸出壓力為0.5Mpa。 

(3)依次啟動(dòng)計(jì)算機(jī)、HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質(zhì)譜的電源。 

(4)輸入正確的密碼后進(jìn)入計(jì)算機(jī)桌面。 

(5)左鍵雙擊桌面上的“化學(xué)工作站”圖標(biāo)，輸入“用戶名”和“密碼”，進(jìn)入“化學(xué)工作站”。 

(6)左鍵單擊“化學(xué)工作站”界面中“view”，再用左鍵單擊其下拉菜單中的“Diagnostics/Vacuum Control”項(xiàng)，進(jìn)入“Diagnostics/Vacuum Control（診斷與真空控制）”窗口。 

(7)在Vacuum的下拉菜單中選擇pump down開(kāi)始抽真空；同時(shí)，分別設(shè)定離子源和四極桿的溫度為150和230。 

(8)在View的下拉菜單中選擇Manual Tune，進(jìn)入調(diào)諧界面。 

(9)在Tune的下拉菜單中選擇Auto tune，進(jìn)入自動(dòng)調(diào)諧狀態(tài)。自動(dòng)調(diào)諧通過(guò)后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Atune. U為文件名，以Custom(*.U)格式，點(diǎn)擊Open鈕將調(diào)諧文件保存在5973n的目錄下。 

(10)在Tune的下拉菜單中選擇Standard Spectra Tune，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)譜圖調(diào)諧。調(diào)諧完成后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Stune.U為文件名，以Custom(*.U) 格式，點(diǎn)擊Open鈕將調(diào)諧文件保存在5973n的目錄下。 

(11)在View的下拉菜單中選擇Instrument Control, 返回儀器控制界面。

 

 2.方法的輸入設(shè)定 

(1)在Method的下拉菜單中選擇Edit Entire Method進(jìn)入方法編輯界面。 

(2)對(duì)check method section to edit 和method to run 等界面中的選項(xiàng)都選中并點(diǎn)擊OK按鈕。 

(3)在Inlet and Injection界面中，sample項(xiàng)選擇GC；Injection source項(xiàng)選擇Manual；Injection Location項(xiàng)選擇front；選中use MS，點(diǎn)擊OK鈕確定。 

(4)在Instrument[Edit]界面中，點(diǎn)擊Inlet圖標(biāo)。在Mode欄選擇Split、Gas欄選擇He，分流比1：20；選中Heater ℃，并在Set point 欄中輸入氣化室溫度250，點(diǎn)擊Apply鈕確定輸入的參數(shù)。 

(5)單擊Columns圖標(biāo)，在Mode欄選擇Const Flow，Inlet欄選擇Front，Detector欄選擇MSD，Outlet psi欄選擇Vacuum，F(xiàn)low欄輸入1.1ml/min。單擊Apply確定輸入的參數(shù)。 

(6)單擊Oven圖標(biāo)，選中On，將程序升溫條件按下表輸入： 

Oven Ramp    ℃/min     Next℃      Holdmin 

Initial                   80          1.00 

Ramp1             10.00        180         5.00 

Ramp2                0           

單擊Apply確定輸入的參數(shù)。 

(7)單擊Detector圖標(biāo)，關(guān)閉所有GC檢測(cè)器及氣體，單擊Apply確定。 

(8)單擊Aux圖標(biāo)，在Heater欄選中On，Type欄選中MSD，溫度按下表設(shè)置 

Ramps     ℃/min      Next ℃      Hold min 

Initial          280         0.00 

Ramp1      0.00 

單擊Apply確定輸入的參數(shù)：

(9)單擊OK，出現(xiàn)GC Real Time Plot界面，直接點(diǎn)擊OK。 

(10)出現(xiàn)MS Tune File界面，選擇Stune. U作為調(diào)諧文件，單擊OK。 

(11)出現(xiàn)MS SIM/Scan Parameters界面，在EM Voltage欄輸入0，Solvent Delay欄輸入3.2(min)，在Acq. Mode欄選擇Scan，單擊OK。 

(12)出現(xiàn)Select Reports 界面，選中Percent Report，單擊OK。 

(13)出現(xiàn)Percent Report Options界面，選中Screen，設(shè)定為屏幕輸出方式，單擊OK。 

(14) 出現(xiàn)Save Method As界面，輸入本方法的名稱為Test. m，單擊OK以保存方法。 

 

3.數(shù)據(jù)的采集 

(1)在Instrument Control界面中，單擊綠箭頭圖標(biāo)，出現(xiàn)Acquisition-Sample Information界面，分別輸入Operator name、Data File Name(文件名)、Sample Name等欄的內(nèi)容，單擊Start Run，稍后出現(xiàn)進(jìn)樣的提示框。 

(2)用微量進(jìn)樣器進(jìn)1.0μl甲苯、鄰二甲苯和萘的混合溶液，按下GC鍵盤上的Start鍵開(kāi)始。 

(3)出現(xiàn)“Override solvent delay ?”的提示時(shí)，單擊No或不作任何選擇。 

(4)雙擊桌面上的Data Analysis圖標(biāo)，進(jìn)入數(shù)據(jù)分析界面，在Files菜單中選擇Take Snapshot(快照)可得到截至快照時(shí)刻的所有數(shù)據(jù)。 

 

4.數(shù)據(jù)分析 

(1)數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，在Data Analysis界面中選擇File/Load File，打開(kāi)得到的譜圖。 

(2)在不同的譜峰上雙擊右鍵，可得到各峰的定性結(jié)果和結(jié)構(gòu)式。 

(3)選擇Chromatography中的Integrate，對(duì)譜圖積分。也可在調(diào)整了積分事件中的有關(guān)參數(shù)的設(shè)置后再積分。 

(4)選擇Spectrum 中的Select Library，出現(xiàn)Library Search Parameter 界面。在Library Name欄中輸入Nist98.L，單擊OK，確定進(jìn)行用來(lái)檢索的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)。 

(5)選擇Spectrum 中的Library Search Report，出現(xiàn)Library Search Report Options界面，在Style欄選擇Summary，在Destination欄選擇Screen或Printer可在屏幕上顯示或大于檢索結(jié)果報(bào)告。