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            氣質聯用儀的基本構成和工作原理

            發布時間:2015-11-20      點擊次數:6190

            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zui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。

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