色谱-质谱联用技术及其应用

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1、1色谱色谱-质谱联用技术及其应用质谱联用技术及其应用2授课内容授课内容l色谱技术色谱技术l质谱技术质谱技术l气相色谱气相色谱-质谱联用技术质谱联用技术l液相色谱液相色谱-质谱联用技术质谱联用技术3概述概述 色谱：化合物分离色谱：化合物分离质谱：纯物质结构分析质谱：纯物质结构分析色谱色谱-质谱联用：结合共同优点质谱联用：结合共同优点GC-MS；LC-MS；CE-MS关键点：关键点：接口技术接口技术m/z152943578599113142714色谱法由俄国植物学家色谱法由俄国植物学家茨维特分离植物色素茨维特分离植物色素时采用。时采用。 将植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，加入石油醚将

2、植物叶子的萃取物倒入填有碳酸钙的直立玻璃管内，加入石油醚使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱使其自由流下，结果色素中各组分互相分离形成各种不同颜色的谱带，因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于带，因此得名为色谱法。以后此法逐渐应用于无色物质的分离无色物质的分离，“色谱色谱”二字虽已失去原来二字虽已失去原来含义，但仍被人们沿用至今。含义，但仍被人们沿用至今。一一 色谱技术色谱技术5色谱的原理色谱的原理定义：色谱是一种把混合物中定义：色谱是一种把混合物中多组分分离多组分分离的实验技术。的实验技术。即利用物质的即利用物质的物理化学性质物理化学性质建立的分离分析方法。建立的分离分析

3、方法。实质：分离实质：分离目的：定性或定量分析目的：定性或定量分析从20世纪30年代始6固定相和流动相固定相和流动相 l填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）填入玻璃管或不锈钢管内静止不动的一相（固体或液体）称为称为固定相固定相；l自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为自上而下运动的一相（一般是气体或液体）称为流动相流动相；l装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为装有固定相的管子（玻璃管或不锈钢管）称为色谱柱色谱柱。l当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互

4、作用的类型、强弱也有各组分在性质和结构上的差异，与固定相相互作用的类型、强弱也有差异差异，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短，因此在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而不同，从而按先后不同的次序按先后不同的次序从固定相中流出。从固定相中流出。7按分离机理分类按分离机理分类分配色谱分配色谱：利用在流动相和固定相中分配系数的不同分离；：利用在流动相和固定相中分配系数的不同分离；吸附色谱吸附色谱：利用物理吸附性能的差异分离；：利用物理吸附性能的差异分离；离子交换色谱离子交换色谱：利用离子交换能力的差别分离；：利用离子交换能力的差别分离；空间排阻色谱空间排阻色

5、谱：利用排阻作用力的不同分离：利用排阻作用力的不同分离在常用的色谱中，常是在常用的色谱中，常是几种分离机制共同作用几种分离机制共同作用的的结果。结果。注意注意89色谱法的流出曲线及有关术语色谱法的流出曲线及有关术语10色谱峰所能提供的重要信息色谱峰所能提供的重要信息1 样品中所含组分的最少个数样品中所含组分的最少个数2 保留值保留值-定性分析定性分析3 色谱峰面积（或峰高）色谱峰面积（或峰高）-定量分析定量分析4 色谱峰的保留值和区域宽度色谱峰的保留值和区域宽度-评价色谱柱的分离效能评价色谱柱的分离效能5 根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱分离条件根据相邻色谱峰之间的距离来选择合适的色谱

6、分离条件11 二二 质谱技术质谱技术 质谱分析法是通过对被测样品离子质谱分析法是通过对被测样品离子质荷比质荷比（m/z）的测定来进）的测定来进行分析的一种方法。行分析的一种方法。质荷比质荷比：指带电粒子的质量与所带电荷之比值。：指带电粒子的质量与所带电荷之比值。 被分析的样品首先要被分析的样品首先要离子化离子化，然后利用不同离子在，然后利用不同离子在电场或磁电场或磁场场运动行为的不同，把离子按运动行为的不同，把离子按m/z分开而得到质谱，并得到样品分开而得到质谱，并得到样品的的定性定量定性定量结果。结果。m/z15294357859911314271122.1 质谱的发展质谱的发展40年代年代

7、同位素测定和无机元素分析同位素测定和无机元素分析50年代年代有机物分析有机物分析60年代年代气相色谱气相色谱-质谱联用质谱联用80年代年代新的质谱技术新的质谱技术接口技术（基质辅助激光解吸电离源，接口技术（基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源）电喷雾电离源，大气压化学电离源）新质谱仪（液相色谱新质谱仪（液相色谱-质谱联用仪，质谱联用仪，富立叶变换质谱仪等）富立叶变换质谱仪等）目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、药物、刑侦、目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。生命科学、运动医学等各个领域。 1911年年

8、世界第一台质谱装置（世界第一台质谱装置（J.J. Thomson） 70年代年代计算机技术引入计算机技术引入1316 质谱仪是通过对样品电离后产生的具有不同的质谱仪是通过对样品电离后产生的具有不同的 m/z m/z 的离的离子来进行分离分析的。子来进行分离分析的。 质谱仪包括质谱仪包括进样系统进样系统、电离系统电离系统、质量分析系统和检测质量分析系统和检测系统系统。 2.3 质谱仪的基本结构质谱仪的基本结构计算机数据计算机数据处理系统处理系统真空系统真空系统 加速区加速区进样系统进样系统离子源离子源质量分析器质量分析器检测器检测器 必须处于必须处于真空状态真空状态17l质谱仪的离子产生及经过系

9、统必须处于质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高真空状态高真空状态。若。若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底增高、图真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底增高、图谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。l一般质谱仪都采用一般质谱仪都采用机械泵机械泵预抽真空后，再用高效率预抽真空后，再用高效率扩散扩散泵泵连续地运行以保持真空。现代质谱仪采用连续地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵分子泵可获可获得更高的真空度。得更高的真空度。2.3.1 真空系统真空系统18真空系统为早期的维护反馈提供数字化控制双分子涡轮泵可快速抽真空和进行稳定操作19

10、进样系统目的是进样系统目的是高效重复地将样品引入到离子源中高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低。并且不能造成真空度的降低。l进样方式：进样方式：1、直接进样：直接进样：直接引入法是将低挥发性样品直接装在直接引入法是将低挥发性样品直接装在探针探针上，将探针上，将探针送入真空腔内，然后给探针通大电流加热，使探针的温度急剧上升至数送入真空腔内，然后给探针通大电流加热，使探针的温度急剧上升至数百度（一般不超过百度（一般不超过 400 ），），样品样品分子受热后挥发形成蒸气，该蒸气受分子受热后挥发形成蒸气，该蒸气受真空腔内真空梯度的作用被直接引入到离子源中离子化真空腔内真空梯度的作用被

11、直接引入到离子源中离子化。2、间接进样间接进样 （GC、LC、CE）：）：这种进样系统的研究热点之一就这种进样系统的研究热点之一就是质谱和色谱之间的是质谱和色谱之间的接口接口技术技术2.3.2 进样系统进样系统20 离子源的作用是将欲分析样品离子源的作用是将欲分析样品电离电离，得到带有样品，得到带有样品信息的信息的离子离子。2.3.3 离子源离子源21电子轰击电离电子轰击电离 Electron Impact Ionization, EI化学离子化化学离子化 Chemical Ionization, CI场电离，场解吸场电离，场解吸 Field Ionization FI, Field Deso