淺談氣相色譜—質譜聯用儀的基本性能

田力

隨著社會不斷發展，新物質、新品種的不斷開發，質譜技術得到了一個新的發展，已經成為分析化學中的一個重要分支。它在信息科學、生命科學、材料科學、環境科學等領域中必不可少。

氣相色譜—質譜聯用儀（GC/MS）主要包括色譜系統、離子源、質量分析器、檢測器、真空系統和計算機系統等幾個部分。它的工作原理是：首先樣品經色譜柱的分離，各組分在載氣的推動下依次進入檢測器、離子源，樣品在離子源的電離下產生一定的電荷，根據質量數不同的離子在電場和磁場中的運動行為不同，采用不同質量分析器把帶電離子按質荷比（m/z）分開，得到依質量順序排列的質譜圖。通過計算機系統處理可得到樣品的定性定量結果。氣相色譜法和質譜法有很多共同的特點：首先，它們分析的物質都會變成氣態，氣相色譜分析的條件都適合質譜的條件，且兩種技術都是分析混合物的理想工具；其次，任何不同檔次色譜儀都可以組成聯用系統。

氣質聯用儀的性能可以從3方面考慮：一是性能指標；二是結構功能；三是性能的穩定性、可靠性和適用性。我們選購儀器時不能一味追求高價格、多功能，而要從儀器的性能指標出發，可靠耐久性出發。

下面對氣質聯用儀整體性能及各個組成部分進行分析：

1 真空系統

GC/MS儀器工作壓強一般低于10-4Torr,因為沒有任何真空泵能做到被抽系統的出口壓強為大氣壓。而系統內壓強低于10-4Torr，所以質譜的真空系統需要由兩級真空泵組成，首先由前級真空泵獲得預真空，再由高真空泵抽到所需的真空。

前級真空泵一般為機械泵，它把真空降到一定水平后才啟動渦輪分子泵，所以儀器從大氣壓抽到真空合適的狀態，一般要經過一段的時間。

機械泵使用應注意以下幾點：（1）應保持泵油清潔，不能混入水和其他溶劑；（2）經常開啟氣泵氣鎮閥以除去水和溶劑蒸氣；（3）如果進氣口沒有隔斷閥，停泵時要有措施防止返抽；（4）排氣口一定要連接進氣管；（5）定期更換泵油，注意油面標記按要求注入適量泵油。

高真空泵多數采用渦輪分子泵，渦輪分子泵的特點是：（1）對所有氣體有相等的抽速；（2）啟動時間短；（3）比同樣泵速的擴散泵放出熱量少；（4）被泵抽出的氣體不會反擴散到真空室。

2 進樣系統

GC/MS的進樣系統包括樣品導入和汽化室，要求適應樣品需求。進樣時樣品不發生變化，能有效氣化并快速進入色譜柱，無損失，無歧視，記憶效應小。控制參數有：氣化溫度（350～425）℃，載氣應為流量控制（10～100）Psi，分流比設定（20∶1～5000∶1），隔墊吹掃功能（3mL/min）。

3 質量范圍

質量范圍通常定義為質譜儀器能檢測的最低和最高值質量。臺式GC/MS聯用儀質量范圍下限通常可低到10以下，質量上限量最高達到1200，質量下限高可能得不到低質量端的特征離子；質量上限低則不能檢測分子量高于質量上限的化合物分子離子。在我們對一臺儀器評價時，觀察是否出現質量數600以上的質譜峰。

4 接口及離子源

由氣相色譜出來的樣品通過接口進入到質譜的離子源，而質譜離子源的真空度一般在10-3Pa，色譜柱出口壓力高達105Pa，同時從GC色譜柱流出的氣體有大量的載氣。接口的另一個作用是，排除載氣，使被測物濃縮后流入離子源。

常用的接口技術有分子分離器聯接（主要用于填充柱）、直接連接法（主要用于毛細柱），開口分流連接。離子源主要作用是使欲分析的樣品實現離子化，尤其是中性物質上的電荷。由于樣品本身性質的差異，決定了離子化的方式也是多種多樣的。常用的離子化方式有，電子轟擊離子化，簡稱EI源，EI源是最常見的一種離子源，當有機分子被一束電子流，能量為70+V轟擊時，它的外層就失去電子，形成帶電荷的分子離子（M+），M+進一步碎裂成各種碎片離子，中性離子，或游離子，在電場作用下，正離子被加速，聚焦進入質量分析器，由于EI源靈敏度高，而且標準物質譜庫配置相當齊全，而被廣泛使用。

5 質量分析器

質量分析器是質譜儀的核心部件，質譜儀檢測的是質荷比（m/z）而不是質量（m）,而質量分析器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。常用的質量分析器有四極質量分析器、扇形質量分析器、雙聚集質量分析器。

6 檢測器

離子檢測器的功能是接收由質量分析器分離的離子，并計數轉化成電信號放大輸出，輸出的信號經過計算機采集和處理最終得到按不同質荷比（m/z）排列和對應離子豐度的質譜圖，常用的檢測器是電子倍增器和光電倍增器。常用的測定方法有總離子流和選擇性離子監測法。總離子流圖（TIC）相當于色譜圖，經色譜分離流出的組份不斷進入質譜，質譜連續掃描進入數據采集，每一次掃描得到一張質譜圖，計算機隨即將每一張質譜圖中離子強度相加，得到一個總的離子流強度圖。

如圖A：

它和色譜對應圖為B：

選擇性離子監測（SIM）對選定的某個或數個特征質量峰進行單離子或多離子檢測，獲得這些離子流強度隨時間的變化曲線，其檢測靈敏度較高，比總離子流檢測高2～3個數量級。

氣相色譜—質譜聯用儀隨著色譜核技術的不斷發展，在各行業的運用的增多，新的檢測器會不斷涌現出來。了解和熟悉氣相色譜—質譜聯用儀的組成和使用是我們計量工作者必須掌握的。