554质谱的联用技术 质谱法对纯的未知有机物进行定性是十分有效的。但当试样复杂时,则给定性带来了困难 而色谱法对复杂试样的有机物是一种十分有效的分离手段,但其定性分析比较困难。若把两者 结合起来,发挥各自的优点,可有效地对复杂有机化合物进行定性和定量分析。 把两种和多种方法结合起来的技术称为联用技术。质谱的联用技术主要有气相色谱质谱 (GC-MS),液相色谱-质谱(LC-MS),毛细管电泳-质谱(CZE-MS)和串联质谱(MS-MS) 等,联用技术中的关键点是如何解决两者相连的接口,以及由信息量加大以后的数据的高速获 取和贮存问题。本节将重点讨论一些联用技术的接口 5.4.1色谱-质谱联用 1.气相色谱质谱(GCMs) 1957年霍尔姆斯( J C. Holmes)等首先实现了质谱和气相色谱联用,近四十年来,由于色 谱、质谱、计算机技术的发展,使GC-MS日趋完善,已成了一种常用技术。 GC-MS联用是联用技术中困难较少的一种。在气相色谱和质谱两种技术之间,许多操作特 性比较一致,即在气相、灵敏度、扫描时间匹配、连续流动、温度匹配等方面都较适应。最大 的差异在于工作气压 根据色谱柱、质谱仪离子源类型和他们的操作条件,以及真空系统的效率,GC-MS接口可 采用色谱柱后流出直接联接和通过分子分离器联接两种方式。 对于电子轰击离子源,采用大功率的差动泵抽真空系统,特别适合于毛细管色谱柱的直接 联用。当使用填充柱,或毛细管色谱柱采用较小功率抽真空系统质谱仪联接时,需用分子分离 器接口,见图541。分子分离器的目的是分离载气和样品,使之适应质谱高真空的要求,并使 样品组分得到浓缩和富集。它主要有微孔玻璃式,半透膜式和喷射式等类型 图54.1喷射式分子分离接口原理
§5.4 质谱的联用技术 质谱法对纯的未知有机物进行定性是十分有效的。但当试样复杂时，则给定性带来了困难。 而色谱法对复杂试样的有机物是一种十分有效的分离手段，但其定性分析比较困难。若把两者 结合起来，发挥各自的优点，可有效地对复杂有机化合物进行定性和定量分析。 把两种和多种方法结合起来的技术称为联用技术。质谱的联用技术主要有气相色谱-质谱 （GC-MS），液相色谱-质谱（LC-MS），毛细管电泳-质谱（CZE-MS）和串联质谱（MS-MS） 等，联用技术中的关键点是如何解决两者相连的接口，以及由信息量加大以后的数据的高速获 取和贮存问题。本节将重点讨论一些联用技术的接口。 5.4.1 色谱-质谱联用 1． 气相色谱-质谱（GC-MS） 1957 年霍尔姆斯（J.C.Holmes）等首先实现了质谱和气相色谱联用，近四十年来，由于色 谱、质谱、计算机技术的发展，使 GC-MS 日趋完善，已成了一种常用技术。 GC-MS 联用是联用技术中困难较少的一种。在气相色谱和质谱两种技术之间，许多操作特 性比较一致，即在气相、灵敏度、扫描时间匹配、连续流动、温度匹配等方面都较适应。最大 的差异在于工作气压。 根据色谱柱、质谱仪离子源类型和他们的操作条件，以及真空系统的效率，GC-MS 接口可 采用色谱柱后流出直接联接和通过分子分离器联接两种方式。 对于电子轰击离子源，采用大功率的差动泵抽真空系统，特别适合于毛细管色谱柱的直接 联用。当使用填充柱，或毛细管色谱柱采用较小功率抽真空系统质谱仪联接时，需用分子分离 器接口，见图 5.4.1。分子分离器的目的是分离载气和样品，使之适应质谱高真空的要求，并使 样品组分得到浓缩和富集。它主要有微孔玻璃式，半透膜式和喷射式等类型。 图 5.4.1 喷射式分子分离接口原理
在喷射式分子分离器中,从GC来的载气He及样品分子经同轴收缩型喷嘴加速喷射入真空 腔中,较大质量的样品分子在惯性作用下继续直线运动进入捕捉器流入质谱仪。由于扩散速度 与相对分子质量的平方根成反比,因此质量较小的载气扩散速率大,被真空泵抽走。这样便达 到了分离载气,富集组分的目的。为了提高效率,可使用多级喷射。这样有50%以上的样品被 浓缩进入离子源,压力则由105Pa降至102Pa 质谱仪的离子源出口狭缝处设有总离子流强度检测器,截取部分总离子流信号。在GC-MS 测定过程中,没有组分流出时,检测到的总离子流强度很低:当有组分流出时,离子流强度明 显增加,形成了组分峰。因此总离子流强度与时间的变化曲线,就是混合物的色谱图,称为总 离子流色谱图。当某一组分出现时,同时开启质谱仪开始扫描,获得该组分的质谱图。依据质 谱图提供的信息可推断该组分结构。与GC相似,总离子流图中的峰面积或峰高可以用作定量 分析的依据,同时还得到了保留时间的信息。 与色谱仪相联接质谱仪可以使用多种质量分析器,其中以四极滤质器和离子阱检测应用较 GC-MS已得到极为广泛的应用,如环境污染物的分析,药物的分析,食品添加剂的分析等 GCMS还是兴奋剂鉴定及毒品鉴定的有力工具 2.液相色谱-质谱LCMS) 对于分离分析挥发性低、热稳定性差的有机化合物,应用GC便发生了困难。高效液相色 谱(HPLC)分离样品是在液相状态下进行的,其应用不受沸点限制,能对热稳定性差的样品进 行分离分析。然而HPLC的定性能力也很弱,因此LCMS联用的方法显得非常有意义了。 液相色谱仪和质谱仪相连,需要解决两方面的问题:其一是液相色谱流动相对质谱工作条 件的影响:其二是质谱离子源区域温度对液相色谱分析样品的影响。为此可采用两个途径: 是研究一种接口以协调LC和MS的不同要求;二是改进液相色谱技术,如微型柱,减少流动 相量,和改进质谱的离子化方法,使他们两者之间逐渐靠近。 八十年代以前公认的LC-MS较好接口是传送带式接口,即将流动液滴到一条传送带上,经 加热除去溶剂,进入真空系统后再离解检测。现在广泛应用热喷雾和离子喷雾技术。 热喷雾接口结构示意见图54.2。高效液相色谱柱流出液,通过加热至高温的不锈钢毛细管, 温度控制使溶液达到毛细管出口前2-3mm时开始蒸发,靠高速空气或氮气的喷射使液滴的雾状 射流从毛细管口喷出,再经过通道进一步加热汽化,再进入大气压下化学电离源反应区电离, 样品离子再进入质谱仪分析。此接口对热不稳定化合物的分析不适用。 离子喷雾型接口结构示意见图54.3。被分析样品液体进入一个带有高电压的喷雾器,形成 带有高电荷微滴的雾,微滴蒸发时,经过低能量的转移过程,形成一个或多个电荷离子,进入 质谱仪分析。这个接口可使高极性、大分子量的生物分子产生准分子离子及多电荷离子。可用
在喷射式分子分离器中，从 GC 来的载气 He 及样品分子经同轴收缩型喷嘴加速喷射入真空 腔中，较大质量的样品分子在惯性作用下继续直线运动进入捕捉器流入质谱仪。由于扩散速度 与相对分子质量的平方根成反比，因此质量较小的载气扩散速率大，被真空泵抽走。这样便达 到了分离载气，富集组分的目的。为了提高效率，可使用多级喷射。这样有 50%以上的样品被 浓缩进入离子源，压力则由 105 Pa 降至 10-2 Pa。 质谱仪的离子源出口狭缝处设有总离子流强度检测器，截取部分总离子流信号。在 GC-MS 测定过程中，没有组分流出时，检测到的总离子流强度很低；当有组分流出时，离子流强度明 显增加，形成了组分峰。因此总离子流强度与时间的变化曲线，就是混合物的色谱图，称为总 离子流色谱图。当某一组分出现时，同时开启质谱仪开始扫描，获得该组分的质谱图。依据质 谱图提供的信息可推断该组分结构。与 GC 相似，总离子流图中的峰面积或峰高可以用作定量 分析的依据，同时还得到了保留时间的信息。 与色谱仪相联接质谱仪可以使用多种质量分析器，其中以四极滤质器和离子阱检测应用较 多。 GC-MS 已得到极为广泛的应用，如环境污染物的分析，药物的分析，食品添加剂的分析等。 GC-MS 还是兴奋剂鉴定及毒品鉴定的有力工具。 2． 液相色谱-质谱(LC-MS) 对于分离分析挥发性低、热稳定性差的有机化合物，应用 GC 便发生了困难。高效液相色 谱（HPLC）分离样品是在液相状态下进行的，其应用不受沸点限制，能对热稳定性差的样品进 行分离分析。然而 HPLC 的定性能力也很弱，因此 LC-MS 联用的方法显得非常有意义了。 液相色谱仪和质谱仪相连，需要解决两方面的问题：其一是液相色谱流动相对质谱工作条 件的影响；其二是质谱离子源区域温度对液相色谱分析样品的影响。为此可采用两个途径：一 是研究一种接口以协调 LC 和 MS 的不同要求；二是改进液相色谱技术，如微型柱，减少流动 相量，和改进质谱的离子化方法，使他们两者之间逐渐靠近。 八十年代以前公认的 LC-MS 较好接口是传送带式接口，即将流动液滴到一条传送带上，经 加热除去溶剂，进入真空系统后再离解检测。现在广泛应用热喷雾和离子喷雾技术。 热喷雾接口结构示意见图 5.4.2。高效液相色谱柱流出液，通过加热至高温的不锈钢毛细管， 温度控制使溶液达到毛细管出口前 2-3 mm 时开始蒸发，靠高速空气或氮气的喷射使液滴的雾状 射流从毛细管口喷出，再经过通道进一步加热汽化，再进入大气压下化学电离源反应区电离， 样品离子再进入质谱仪分析。此接口对热不稳定化合物的分析不适用。 离子喷雾型接口结构示意见图 5.4.3。被分析样品液体进入一个带有高电压的喷雾器，形成 带有高电荷微滴的雾，微滴蒸发时，经过低能量的转移过程，形成一个或多个电荷离子，进入 质谱仪分析。这个接口可使高极性、大分子量的生物分子产生准分子离子及多电荷离子。可用
于大分子的分子量的测定。这个技术在生物物质分析方面引起了人们的注意 图5.4.,2热喷雾型接口原理 图5.4.3离子喷雾型接口原理 5.4.2质谱-质谱联用~MSMS) MS-MS是质谱法的重要联用技术。方法上可以分为离子串联质谱分析和母离子串联质谱分 析 将两台质谱仪串联起来,尤如GC-MS或LCMS,第一台质谱仪用于分离复杂样品中各组 分的分子离子,随后依次进入第二台质谱仪,产生这些分子离子的碎片质谱。第一台质谱仪适 用软电离技术,如使用化学电离源,使产生的离子大部分为分子离子或质子化分子离子。随后 将其导入碰撞室,与碰撞室中的He分子在10-2~10Pa压力下碰撞,产生类似电子轰击源产生 的碎片,后进入第二质谱仪进行扫描。这种应用方法称为离子串联质谱分析。 若在MS-MS中,第二台质谱仪用于对指定的子离子进行监测,而第一质谱仪进行扫描 此法可以鉴定产生相同子质谱的一类化合物。如分析精制煤中的烷基酚类组分时,可将第二质 谱设在子离子m-(m=107)上,而在质谱仪上进行母离子的扫描。这便是母离
于大分子的分子量的测定。这个技术在生物物质分析方面引起了人们的注意。 图 5.4.2 热喷雾型接口原理 图 5.4.3 离子喷雾型接口原理 5.4.2 质谱-质谱联用(MS-MS) MS-MS 是质谱法的重要联用技术。方法上可以分为离子串联质谱分析和母离子串联质谱分 析。 将两台质谱仪串联起来， 尤如 GC-MS 或 LC-MS，第一台质谱仪用于分离复杂样品中各组 分的分子离子，随后依次进入第二台质谱仪，产生这些分子离子的碎片质谱。第一台质谱仪适 用软电离技术，如使用化学电离源，使产生的离子大部分为分子离子或质子化分子离子。随后 将其导入碰撞室，与碰撞室中的 He 分子在 10-2~10-1Pa 压力下碰撞，产生类似电子轰击源产生 的碎片，后进入第二质谱仪进行扫描。这种应用方法称为离子串联质谱分析。 若在 MS-MS 中，第二台质谱仪用于对指定的子离子进行监测，而第一质谱仪进行扫描。 此法可以鉴定产生相同子质谱的一类化合物。如分析精制煤中的烷基酚类组分时，可将第二质 谱设在子离子 （m/z=107）上，而在质谱仪上进行母离子的扫描。这便是母离
子串联质谱分析 各种质量分析器都可以用于串联质谱。串联质谱法起到GC-MS,LCMS类似的作用,工 作效率高。目前更多地用于与GC和LC相连,形成 GC-MS-MS或LCMS-MS,在生命科学和 环境科学中有很好的应用。此外MSMS也用于反应动力学研究
子串联质谱分析。 各种质量分析器都可以用于串联质谱。串联质谱法起到 GC-MS，LC-MS 类似的作用，工 作效率高。目前更多地用于与 GC 和 LC 相连，形成 GC-MS-MS 或 LC-MS-MS，在生命科学和 环境科学中有很好的应用。此外 MS-MS 也用于反应动力学研究