目前,有機(jī)質(zhì)譜儀主要有兩大類:
氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀,現(xiàn)就這兩類儀器的分析方法敘述如下:
在GC-MS分析中,色譜的分離與質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集同時進(jìn)行,為了使ÿ個組分都得到分離和鑒定,必須設(shè)備合適的色譜和質(zhì)譜分析條件:
色譜條件包括色譜柱類型(填充柱或ë細(xì)管柱),固定液種類,汽化溫度,載氣流量,分流比,溫升程序等。
設(shè)置原則是:
一般情況下均使用ë細(xì)管柱,極性樣品使用極性ë細(xì)管柱,非極性樣品采用非極性ë細(xì)管柱,δ知樣品可先用中等極性ë細(xì)管柱,試用后再調(diào)整。當(dāng)然,如果有文獻(xiàn)可以參考,就采用文獻(xiàn)所用條件。 質(zhì)譜條件包括:
電離電壓,電子電流,掃描速度,質(zhì)量范Χ,這些都要根據(jù)樣品情況進(jìn)行設(shè)定。為了保護(hù)燈綠和倍增器,在設(shè)定質(zhì)譜條件時,還要設(shè)置溶劑去除時間,使溶劑峰通過離子源之后再打開燈綠和倍增器。在所有的條件確定之后,將樣品用微量注射器注入進(jìn)樣口,同時,啟動色譜與質(zhì)譜,進(jìn)行GC-MS分析。
有機(jī)混合物樣品用微量注射器由色譜儀進(jìn)樣口注入,經(jīng)色譜柱分離后進(jìn)入質(zhì)譜儀離子原在離子源被電離成離子。離子經(jīng)質(zhì)量分析器,檢測器之后即成為質(zhì)譜儀信號并輸入計算機(jī)。樣品由色譜柱不斷流入離子源,離子由離子源不斷進(jìn)入分析器并不斷得到質(zhì)譜,只要û定好分析器掃描的質(zhì)量范Χ和掃描時間,計算機(jī)就可以采集到一個個的質(zhì)譜。如果û有樣品進(jìn)入離子源,計算機(jī)采集到的質(zhì)譜各離子強(qiáng)度均為0。當(dāng)有樣品過入離子源時,計算機(jī)就采集到具有一定離子強(qiáng)度的質(zhì)譜。并且計算機(jī)可以自動將ÿ個質(zhì)譜的所有離子強(qiáng)度相加。顯示出總離子強(qiáng)度,總離子強(qiáng)度隨時間變化的曲線就是總離子色譜圖,總離子色譜圖的形狀和普通的色譜圖是相一致的,它可以認(rèn)為是是用質(zhì)譜作為檢測器得到的色譜圖。
質(zhì)譜儀掃描方式有兩種:
全掃描與選擇離子掃描:
全掃描是對指定質(zhì)量范Χ內(nèi)的離子全部掃描并記¼,得到的是正常的質(zhì)譜圖,這種質(zhì)譜圖可以提供δ知物的分子量和結(jié)構(gòu)信息?梢赃M(jìn)行庫檢索。
質(zhì)譜儀還有另外一種掃描方式叫選擇離子監(jiān)測(Selection Moniring SIM)。此種掃描方式是只針對選定的離子進(jìn)行檢測,而其它離子不被記¼。
它的最大優(yōu)點(diǎn):
一是對離子進(jìn)行選擇性檢測,只記¼具有特征的、感興趣的離子,不相關(guān)的,干擾離子統(tǒng)統(tǒng)被排除;
二是選定離子的檢測靈敏度大大提高。在正常掃描情況下,假定一秒鐘掃描2~500個質(zhì)量單λ。那ô,掃過ÿ個質(zhì)量所花的時間大約是1/500秒,也就是說,在ÿ次掃描中,有1/500秒的時間是在接收某一質(zhì)量的離子。在選擇離子掃描的情況下,假定只檢測5個質(zhì)量的離子,同樣,也用一秒,那ô,掃過一個質(zhì)量所花的時間大約是1/5秒。也就是說,在ÿ次掃描中,有1/5秒時間是在接收某一質(zhì)量的離子。因此,采用選擇離子掃描方式比正常掃描方式靈敏度可提高大約100倍。由于,選擇離子掃描只能檢測有限的幾個離子,不能得到完整的質(zhì)譜圖,因此,不能用來進(jìn)行δ知物定性分析,但是,如果選定的離子具有很好的特征性,也可以用來表示某種化合物的存在。選擇離子掃描方式最主要的用途是定量分析,由于它的選擇性好,可以把由全掃描方式得到的非常復(fù)雜的總離子色譜圖變得十分簡單。消除其它組造成的干擾。
總離子色譜圖
計算機(jī)可以將采集到ÿ個質(zhì)譜的所有離子相加得到總離子強(qiáng)度,總離子強(qiáng)度隨時間變化曲線就是總離子色譜圖(圖9.21),總離子色譜圖的橫座標(biāo)是出峰時間,縱座標(biāo)是峰高。圖中ÿ個峰表示樣品的一種組份,由ÿ個峰可以得到相應(yīng)化合物質(zhì)譜圖;峰面積與該組份含量成正比,可用于定量。由GC-MS得到的總離子色譜圖與一般色譜儀得到的色譜圖基本上一致,只要所用色譜柱相同,樣品出峰順序便相同。其差別在于,總離子色譜圖運(yùn)用的檢測器是質(zhì)譜儀,而一般色譜圖所用的檢測器是氫焰、熱導(dǎo)等,兩種色譜圖中各成分的校正因子不同。
質(zhì)譜圖由總離子色譜圖可以得到任何一種組分的質(zhì)譜圖。一般情況下,為了提高信噪比。通常由色譜峰峰頂處得到相應(yīng)質(zhì)譜圖,但如果兩個色譜峰具有相互干擾,應(yīng)盡量選擇不發(fā)生干擾的λ置而得到質(zhì)譜,或通過扣本底消除其他組分影響。
庫檢索
得到質(zhì)譜圖后可以通過計算機(jī)檢索對δ知化合物進(jìn)行定性。檢索結(jié)果可以給出幾個可能的化合物,并以匹配度大小順序排列出這些化合物的名稱、分子式、分子量和結(jié)構(gòu)式等。使用者可以根據(jù)檢索結(jié)果和其它的信息,對δ知物進(jìn)行定性分析。目前,GC-MS聯(lián)用儀有幾種數(shù)據(jù)庫。應(yīng)用最為廣泛的有NIST庫和Willey庫,前者目前有標(biāo)準(zhǔn)化合物譜圖13萬張,后者有近30萬張。此外,還有毒品庫、農(nóng)藥庫等專用譜庫。
質(zhì)量色譜圖(或提取離子色譜圖)
總離子色譜圖是將ÿ種質(zhì)譜的所有離子加和得到。同樣,由質(zhì)譜中任何質(zhì)量離子也可得到色譜圖,即,質(zhì)量色譜圖。質(zhì)量色譜圖是由全掃描質(zhì)譜中提取出一種質(zhì)量的離子而得到的色譜圖。因此,又稱為提取離子色譜圖。假定做質(zhì)量為m的離子質(zhì)量色譜圖,如果某化合物質(zhì)譜中不存在該種離子,那ô該化合物就不會出現(xiàn)色譜峰。一個混合物樣品中可能只有幾個甚至一個化合物出峰。利用該特點(diǎn)可識別具有某種特征的化合物,也可通過選擇不同質(zhì)量的離子做質(zhì)量色譜圖,使正常色譜不能分開的兩個峰實現(xiàn)分離,以便進(jìn)行定量分析。由于,質(zhì)量色譜圖是采用一種質(zhì)量的離子作色譜圖。因此,進(jìn)行定量分析時也需要使用同一離子得到質(zhì)量色譜圖測定校正因子。
選擇離子監(jiān)測(Selection monitoring,SIM)
一般掃描方式是連續(xù)改變Vrf,使不同質(zhì)荷比的離子順序通過分析器到達(dá)檢測器,而選擇離子監(jiān)測則是對選定離子進(jìn)行跳躍式掃描。采用該種掃描方式可提高檢測靈敏度。由于該種方式靈敏度高,因此,適用于量少且不易得到的樣品分析。利用選擇離子方式不僅靈敏度高,而且選擇性好,在許多干擾離子存在時,利用正常掃描方式所得信號值可能很小,噪音可能很大,但用選擇離子掃描方式,只選擇特征離子,噪音會變得很小,信噪比大大提高。在對復(fù)雜體系中某一微量成分進(jìn)行定量分析時,常采用選擇離子掃描方式。由于,選擇離子掃描不能得到樣品全譜。因此,該種譜圖不能進(jìn)行庫檢索,利用選擇離子掃描方式進(jìn)行GC-MS聯(lián)用分析時,得到的色譜圖在形式上類似質(zhì)量色譜圖,但實際上,二者有巨大的差別。質(zhì)量色譜圖利用全掃描方式得到。因此,可得到任何一個質(zhì)量的質(zhì)量色譜圖;選擇離子掃描是選擇了一定m/z離子。掃描時選定哪個質(zhì)量,就只能有那個質(zhì)量的色譜圖。如果二者選擇同一質(zhì)量,那ô,用SIM靈敏度要高得多。
目前,色質(zhì)聯(lián)用儀數(shù)據(jù)庫中,一般貯存有近30萬個化合物標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖。因此,GC-MS最主要的定性方式是庫檢索。由總離子色譜圖可以得到任一組分的質(zhì)譜圖,由質(zhì)譜圖可以利用計算機(jī)在數(shù)據(jù)庫中檢索。檢索結(jié)果,可以給出幾種最可能的化合物。
包括:化合物名稱、分子式、分子量、基峰及可靠程度。表4是由計算機(jī)給出的某δ知物譜圖檢索結(jié)果。
利用計算機(jī)進(jìn)行庫檢索是一種快速、方便定性方法,但是,在利用計算機(jī)檢索時應(yīng)注意如下幾個問題:
數(shù)據(jù)庫中所存質(zhì)譜圖有限,如果δ知物是數(shù)據(jù)庫中û有的化合物,檢索結(jié)果也給出幾個相近的化合物。顯然,這種結(jié)果是錯誤的。由于質(zhì)譜法本身的局限性,一些結(jié)構(gòu)相近的化合物其質(zhì)譜圖也相似,這種情況也可能造成檢索結(jié)果不可靠。
由于,色譜峰分離不好以及本底及噪音的影響,使得到的質(zhì)譜圖質(zhì)量不高,這樣所得到的檢索結(jié)果也會很差。
因此,在利用數(shù)據(jù)庫檢索之前,應(yīng)首先得到一張很好的質(zhì)譜圖,并利用質(zhì)量色譜圖等技術(shù)判斷質(zhì)譜中有û有雜質(zhì)峰;得到檢索結(jié)果之后,還應(yīng)根據(jù)δ知物的物理、化學(xué)性質(zhì)以及色譜保留值、紅外、核磁譜等綜合考慮,才能給出定性結(jié)果。
GC-MS定量分析方法類似于色譜法定量分析,由GC-MS得到的總離子色譜圖或質(zhì)量色譜圖,其色譜峰面積與相應(yīng)組分的含量成正比,若對某一組份進(jìn)行定量測定,可以采用色譜分析法中的歸一化法、外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法等不同方法進(jìn)行。
這時,GC-MS法可理解為將質(zhì)譜儀作為色譜儀檢測器。其余均與色譜法相同,與色譜法定量不同的是,GC-MS法除了可利用總離子色譜圖進(jìn)行定量之外,還可利用質(zhì)量色譜圖進(jìn)行定量,這樣做可最大限度去除其它組份的干擾。
值得注意的是:
質(zhì)量色譜圖由于運(yùn)用一種質(zhì)量離子做出,它的峰面積與總離子色譜圖具有較大差別,在進(jìn)行定量分析過程中,峰面積與校正因子等都需要使用質(zhì)量色譜圖。。。
為提高檢測靈敏度及減少其它組分的干擾,在GC-MS定量分析過程中質(zhì)譜儀經(jīng)常采用選擇離子掃描方式。對于待測組分,可選擇一個或幾種特征離子,而相鄰組份不存在這些離子。用該種方式得到的色譜圖,待測組份不存在干擾。同時,具有較高的靈敏度。用選擇離子得到的色譜圖進(jìn)行定量分析,具體分析方法與質(zhì)量色譜圖類似,但其靈敏度比利用質(zhì)量色譜圖高,這是GC-MS定量分析中經(jīng)常采用的方法。