氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本構成和工作原理
氣質(zhì)聯(lián)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(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入到質(zhì)譜儀,接口是色質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)的關鍵。
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(zhì)分子量的平方成反比,與其分壓成正比。當色譜流出物經(jīng)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(nèi)徑0.5mm的不銹鋼毛細管連接,色譜流出物經(jīng)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(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(zhì)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(wěn)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(fā)生反應,形成比樣品分子大一個質(zhì)量數(shù)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(fā)生象EI中那么強的能量交換,較少發(fā)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。
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(zhì)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(zhì)荷比的離子依次到達檢測器,被分離檢測。
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(zhì)荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。 特點:分辨率低,對質(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(jīng)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(xù)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(zhì)譜圖,可進行定性。l質(zhì)量色譜法(masschromatography,MC)——記錄具有某質(zhì)荷比的離子強度隨時間變化圖譜。在選定的質(zhì)量范圍內(nèi),任何一個質(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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