淺談氣相色譜/氣質聯用法測定有機物

朱田生

（安徽省水利科學研究院 蚌埠 233000）

淺談氣相色譜/氣質聯用法測定有機物

朱田生

（安徽省水利科學研究院 蚌埠 233000）

本文介紹了氣相色譜法和氣質聯用法的基本原理、定性方法和定量方法。

氣相色譜 氣質聯用 有機物測定

1 前言

氣相色譜（Gas Chromatography）是根據待測組分與固定相之間的作用力（分配比、吸附能力等）的差異而將它們一一分離的一種分離分析技術。氣相色譜法可分析和分離復雜的多組分混合物。目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測器及微處理機，使得氣相色譜法成為一種分析速度快、靈敏度高、應用范圍廣的分析方法。氣相色譜法又可分為氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）：前者是用多孔性固體為固定相，分離的對象主要是一些永久性的氣體和低沸點的化合物；而后者的固定相是用高沸點的有機物涂漬在惰性載體上。由于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應用亦廣泛。質譜法（Mass Spectrometry）是在真空條件下將待測物質電離（EI、CI），通過質量分析器分析產生的離子的質荷比來反推物質分子量（分子式）的分析方法。質譜法是唯一一種可以確定分子式的方法，是解析有機物結構的強有力工具，對物質的定性至關重要。但是質譜法對混合物和結構近似的同分異構體定性無能為力，而色譜儀的最大優點在于它的分離性能高，所以將色譜儀與質譜儀聯用，可以取長補短，大大提高定性的準確性。將混合物很好的分離是質譜定性的前提。

2 定性方法

2.1 利用已知物保留值對照定性

利用已知物保留值對照定性是色譜分析中比較可靠的定性方法，主要的定性參數就是保留值（主要是保留時間）。當固定相和操作條件嚴格不變時，任何一種物質都有確定的保留值。在同一條件下，分別測定已知物和待測物的保留值，然后比較定性。也可以將已知物加到待測物中，通過比較加入前后色譜峰的變化來定性。

2.2 利用保留值經驗規律定性

對于沒有單標的混標組分，可以分析組分的沸點高低或不同組分與固定相作用力大小的差異來確定組分。如針對同系物可以采用碳數規律，對于同分異構體可以根據異構體極性的大小來確定等。

2.3 利用選擇性檢測器定性

各種類型的檢測器對不同類別化合物的響應機理是不同的，即有選擇性響應。用選擇性檢測器定性，只能確認某一類化合物存在，而不能指出具體是哪一種組分。

2.4 利用標準譜庫對照檢索定性

國際上通用的標準譜庫是采用70eV電子轟擊純物質而得到的質譜圖來建立的，如NIST譜庫、NBS譜庫等。每一臺商用GC-MS的工作站都會附帶一種譜庫，只需將70eV電子轟擊下全掃描（scan）的質譜圖與標準譜庫對照檢索就能查出該物質的結構，一般要看其匹配度的大小來判斷定性的準確程度。需要注意的是對譜庫檢索的結果不能盲目相信，要注意觀察樣品譜圖與標準譜圖的差異性。因為色譜柱的分離不是萬能的，有時會有兩種物質重疊在一起，而含量低的組分容易被含量高的組分掩蓋。另外，對于結構相似的同分異構體，譜庫檢索的結果可能都一樣，這時需要分析色譜柱與被分離物質的性質或者查閱文獻資料來判斷同分異構體的出峰順序，進而才能準確地定性。

2.5 利用碎片離子反推物質的結構

跟據質譜儀所得到的碎片離子和有機物的裂解規律來反推物質的結構。對于譜庫中沒有的物質，例如新合成的有機物，則只能采用該方法和紫外、紅外、核磁等手段聯用來反推其結構。

3 定量方法

3.1 定量校正因子

3.1.1 校正因子

定量分析的依據是待測組分的質量或濃度與檢測器的響應值成正比。校正因子的物理意義就是單位峰面積所代表的物質的質量和濃度，主要由儀器的靈敏度決定。

式中：Q——組分的含量（質量或濃度）；

f——校正因子；

A——檢測器的響應值。

3.1.2 相對校正因子

當進樣量，峰面積和實驗操作條件不容易控制的完全一致時，校正因子的測定會有一定的誤差。為了減少由此帶來的誤差，在定量分析時有時采用相對校正因子f'，即某物質與標準物質（內標物）的校正因子之比。相對校正因子還可以減少由進樣量的變化帶來的誤差。

式中：f'——相對校正因子；

fi——待測物質校正因子；

fs——內標物校正因子；

Qi——待測物質含量；

Ai——待測物質峰面積；

Qs——內標物含量；

As——內標物峰面積。

3.2 面積歸一化法

面積歸一化法就是把所有流出的色譜峰的峰面積加起來，其中某個峰面積占總峰面積的百分數即為該組分的百分含量。

歸一化法一般只適用于FID，因為多數有機物在FID上的響應值近似相同。

3.3 外標法

外標法即通常所說的標準工作曲線法。該方法的依據是組分濃度與峰面積或峰高成正比。用合適的溶劑配置一系列不同濃度的標樣，定量進樣后繪制濃度與峰面積曲線可得標準曲線，標準曲線的斜率即該組分的校正因子。分析未知樣品中待測組分的峰面積，然后從標準曲線上查得該組分的含量，或者由峰面積對濃度求一元線性回歸方程計算。該方法要求操作條件嚴格一致，進樣量要準確，重復性要好。

3.4 內標法

內標法是針對待測組分選定一種內標物，先測定其相對校正因子，然后在待測樣品中加入已知量的內標物后進樣，根據相對校正因子、內標物的含量、待測組分和內標物的峰面積來計算待測組分含量。

3.5 內標標準曲線法

內標標準曲線法是基于內標法和外標法基礎上建立的，在外標法中的標準系列溶液中加入相等已知量的內標物，然后繪制濃度和待測組分與內標物峰面積比的曲線可得內標標準曲線，標準曲線斜率即相對校正因子。然后在待測物中加入與標準曲線相同量的內標物，測出組分與內標物的峰面積比，從內標標準曲線上即可查得待測組分的含量。內標標準曲線法受操作條件影響較小，能夠校正進樣量和儀器靈敏度變化的影響，也不需要測定相對校正因子，大批量的色譜定量分析中多數采用該方法。

3.6 內標物質的選擇

內標物應是待測樣品中不存在的并要和待測組分完全分開，保留時間要和待測組分接近，結構要和待測組分相似，并且加入量要和待測組分的含量接近，對復雜混合物的定量要盡量選擇多種內標物質。

3.7 氣質聯用定量方法

氣質聯用中質譜可以看成是氣相色譜的一個檢測器（MSD），樣品的前處理和分離條件都和氣相色譜方法一樣，只是定性和定量方法與其他類型檢測器不同而已。

3.7.1 總離子流圖（TIC）定量

采用全掃描（scan）方式獲得的總離子流譜圖與FID得到的色譜圖極為相似（需要注意的是由于響應靈敏度的不同，峰強度比有所差異），總離子流譜圖中每一個點的強度等于該時間所有碎片離子強度的總和?？梢圆捎妙愃破渌麢z測器的定量方式來進行定量，也可以在總離子流譜圖中提取待測物質特征離子的強度作為定量依據。由于TIC是采用全掃描的方式獲得的，所以噪音干擾比較大，信噪比比較低，靈敏度不高，目前已經很少采用該方法進行定量。

3.7.2 選擇性離子掃描（SIM）定量

選擇性離子掃描（SIM）是只進行單個離子或多個指定離子的檢測。相對于全掃描方式其靈敏度可以提高一個數量級以上。選取目標化合物的特征離子進行選擇性離子掃描是定量的關鍵，特征離子應符合豐度較高，周邊物質沒有該質量數的離子產生。對于同時測定多個組分的分析，首先需用標準樣品（可以用混標）來確定各組分的保留時間和特征離子，然后根據出峰時間來分段選擇特征離子進行掃描。需要注意的是對于有少數分離不開相重疊的組分，可以選取各組分中豐度較高的且互不干擾特征離子進行掃描。在SIM譜圖中提取各組分的特征離子強度來對各組分進行定量分析