GC-MS全稱氣相色譜法-質(zhì)譜法聯(lián)用（Gas chromatograohy-mass spectrometry）,簡(jiǎn)稱氣質(zhì)聯(lián)用。是將氣相色譜儀器（GC）與質(zhì)譜儀（MS）通過適當(dāng)接口（interface）相結(jié)合，借助強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行聯(lián)用分析的技術(shù)[1-2]。下面我們來簡(jiǎn)單學(xué)習(xí)一下GC-MS聯(lián)用技術(shù)。

                      圖1. GC-MS聯(lián)用儀

GC-MS總體上由以下五大部分組成：色譜儀（常壓）、接口部分、質(zhì)譜分析器（高真空）和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。示意圖如圖2所示：

圖2. GC-MS示意圖（圖片來源:公開資料）

氣相色譜儀的基本流程如圖3所示。主要包括以下5大系統(tǒng)：氣路系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)以及檢測(cè)和記錄系統(tǒng)。

圖3.氣相色譜儀（GC）基本流程

氣相色譜儀的組成部分及作用：

（1）載氣系統(tǒng)：包括氣源、氣體凈化、氣體流速控制和測(cè)量。為獲得純凈、流速穩(wěn)定的載氣。

（2）進(jìn)樣系統(tǒng)：包括進(jìn)樣器和氣化室。進(jìn)樣器分氣體進(jìn)樣器和液體進(jìn)樣器，氣化室是將液體樣品瞬間氣化的裝置。
（3）分離系統(tǒng)：包括色譜柱和柱溫箱和控溫裝置。根據(jù)各組分在流動(dòng)相和固定相中分配系數(shù)或吸附系數(shù)的差異，使各組分在色譜柱中得到分離。

（4）溫控系統(tǒng)：控制氣化室、柱箱和檢測(cè)器的溫度。

（5）檢測(cè)和記錄系統(tǒng)：包括檢測(cè)器、放大器、記錄儀、或數(shù)據(jù)處理裝置、工作站 （色譜圖）。將各組分的濃度或質(zhì)量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)并記錄。

是協(xié)調(diào)聯(lián)用儀器輸出和輸入狀態(tài)的硬件設(shè)備。一般分為直接接口（小口徑毛細(xì)管柱）和開口分流接口（大口徑毛細(xì)管柱），用于除去GC部分的載氣并傳輸組分。在GC-MS聯(lián)用中有兩個(gè)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(dá)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(cè)物濃縮后進(jìn)入離子源。

質(zhì)譜儀的基本部件有：離子源、濾質(zhì)器、檢測(cè)器三部分組成（結(jié)構(gòu)示意圖如圖4），它們被安放在真空總管道內(nèi)。在GC-MS聯(lián)用中經(jīng)過氣相色譜分離的各氣態(tài)分子受離子源轟擊，電解裂解成分子離子，并進(jìn)一步碎裂為碎片離子。在電場(chǎng)和磁場(chǎng)綜合作用下，按照m/z大小進(jìn)行分離，到達(dá)檢測(cè)器檢測(cè)、記錄和整理，得到質(zhì)譜圖，實(shí)現(xiàn)樣品定性定量分析。

圖4.質(zhì)譜（MS）組成示意圖（圖片來源：儀器分析網(wǎng)絡(luò)課程）

（1）進(jìn)樣系統(tǒng)：GC出來的樣品直接進(jìn)入MS分析儀。

（2）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：電子轟擊EI;化學(xué)電離CI.

（3）質(zhì)量分析器：其作用是將電離室中生成的離子按質(zhì)荷比（m/z）大小分開，進(jìn)行質(zhì)譜檢測(cè)。常見質(zhì)量分析器有：四極質(zhì)量分析器; 扇形質(zhì)量分析器; 雙聚焦質(zhì)量分析器; 離子阱檢測(cè)器。

（4）檢測(cè)器：檢測(cè)器的作用是將離子束轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，并將信號(hào)放大，常用檢測(cè)器是電子倍增器。

圖5為GC-MS聯(lián)用儀的內(nèi)部組成示意圖。在這個(gè)組合中氣相色譜儀分離樣品中各組分，起著樣品制備的作用；接口把氣相色譜流出的各組分送入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，起著氣相色譜和質(zhì)譜之間適配器的作用；質(zhì)譜儀對(duì)接口依次引入的各組分進(jìn)行分析，成為氣相色譜儀的檢測(cè)器；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互式地控制氣相色譜、接口和質(zhì)譜儀，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，是GC-MS的中央控制單元。

圖5. GC-MS內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)（圖片來源：公開資源）

GC-MS分析可用于液體，氣體和固體樣品，但主要限于揮發(fā)性和半揮發(fā)性化合物。

定性分析基礎(chǔ)

定性分析基礎(chǔ)：

GC／MS聯(lián)用分析常用的定量方法和色譜一樣有三種，外加一種GC-MS特有方法：

(1) 歸一化法。將樣品中所有組分含量之和作為100，計(jì)算各個(gè)組分的相對(duì)百分含量，稱為歸一化法。計(jì)算公式：

式中  Wi——組分i含量；Ai——組分i的峰面積(或峰高)；fi——組分i的質(zhì)量校正因子。當(dāng)fi為體積校正因子或摩爾校正因子時(shí)，結(jié)果分別為體積分?jǐn)?shù)或摩爾分?jǐn)?shù)。   

(2) 外標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線方法。用標(biāo)準(zhǔn)樣品配制不同濃度的標(biāo)樣，在與待測(cè)樣品完全相同的操作條件下，測(cè)得標(biāo)樣中各化合物的峰面積或峰高，得到響應(yīng)因子：

 式中  Wi——待測(cè)化合物標(biāo)樣含量；Ai——待測(cè)化合物標(biāo)樣峰面積(或峰高)。

(3) 內(nèi)標(biāo)法內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線方法 。外標(biāo)法存在一定缺點(diǎn)，限于每次的分析條件從樣品處理到測(cè)試都會(huì)產(chǎn)生誤差。為了克服不可避免的測(cè)量誤差，選擇適當(dāng)?shù)幕鶞?zhǔn)物質(zhì)(內(nèi)標(biāo)化合物)加入標(biāo)樣和待測(cè)樣品中進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算待測(cè)化合物和內(nèi)標(biāo)化合物響應(yīng)值之比(稱為相對(duì)響應(yīng)因子)，由相對(duì)響應(yīng)因子和加入內(nèi)標(biāo)化合物的量進(jìn)行定量，稱為內(nèi)標(biāo)法。相對(duì)響應(yīng)因子計(jì)算，可由：

得到。式中  wi——待測(cè)化合物標(biāo)樣含量；Ai——待測(cè)化合物標(biāo)樣峰面積(或峰高)；WS——內(nèi)標(biāo)化合物含量；As——內(nèi)標(biāo)化合物峰面積(或峰高)

（4）同位素稀釋法。最理想的是采用待測(cè)化合物的同位素標(biāo)記物作為內(nèi)標(biāo)，可以保證內(nèi)標(biāo)化合物的化學(xué)性質(zhì)、色譜行為、質(zhì)譜行為都與待測(cè)化合物一致，這樣可以消除化合物之間的差別帶來的誤差。同位素標(biāo)記物作內(nèi)標(biāo)只有GC／MS聯(lián)用技術(shù)可以運(yùn)用。計(jì)算公式：

式中，RF為校正因子，RF=含量/面積或含量/峰高；C為含量；S為峰面積或峰高。

同位素稀釋法的優(yōu)點(diǎn)為：一般可以校正基體影響(標(biāo)樣和樣品的差別)，提取效率穩(wěn)定；進(jìn)樣誤差小，保留時(shí)間隨溶劑梯度變化影響不大；儀器漂移影響??；在質(zhì)譜中同位素稀釋劑與樣品分析物響應(yīng)穩(wěn)定，定量結(jié)果從樣品分析物與內(nèi)標(biāo)的響應(yīng)比得出更準(zhǔn)確。缺點(diǎn)為：樣品制備很耗時(shí)；對(duì)移液和稀釋等中的誤差結(jié)果有缺陷。

GC-MS結(jié)合了氣相色譜和質(zhì)譜兩種強(qiáng)大的技術(shù)來提供具有低檢測(cè)限的化合物的鑒定和定量分析的潛力。GC-MS具有高選擇性、高靈敏度、高分辨率、可同時(shí)進(jìn)行定性定量分析，是進(jìn)行復(fù)雜化合物的分離和鑒定的重要工具。GC-MS不但可用于未知物的鑒定，還可用于痕量組分測(cè)定。

（1）質(zhì)譜開機(jī)約7 分鐘后，前級(jí)泵自動(dòng)關(guān)閉。

質(zhì)譜啟動(dòng)7分鐘內(nèi)如果前級(jí)泵真空不低于300mTorr （擴(kuò)散泵系統(tǒng)）或分子渦輪泵轉(zhuǎn)速小于80%，機(jī)械泵將自動(dòng)關(guān)閉以避免大量空氣抽入真空腔導(dǎo)致污染。一般的原因是真空腔沒關(guān)好。

（2）氮?dú)夥遑S度大于20%，導(dǎo)致調(diào)諧評(píng)價(jià)不達(dá)標(biāo)，報(bào)告顯示系統(tǒng)有泄漏。

從調(diào)諧報(bào)告中的18，28 和32 相對(duì)于69 的豐度可以看出問題所在。如果18 很高而28，32 很低就意味著抽真空時(shí)間不夠，因?yàn)樗^難抽走。如果18 很低而28，32 很高，那就是真的有漏氣，一般原因是柱子沒裝好，比如說用錯(cuò)石墨墊。如果18，32 都很低而28 很高，那并不意味著漏氣，其原因可能是氣體凈化管進(jìn)了空氣或者是氣體質(zhì)量不好。我還見過40 很高的情況，最后發(fā)現(xiàn)用戶買的氦氣其實(shí)是氬氣。

（3）調(diào)諧通不過，提示“沒有發(fā)射電流”。

如果用戶剛洗過離子源，那就是燈絲沒裝好。否則是燈絲燒了。解決辦法要么換燈絲，要么 在手動(dòng)調(diào)諧里改用另一燈絲即可。記住當(dāng)你發(fā)現(xiàn)質(zhì)譜有問題時(shí)，別忘了想想之前你動(dòng)了什么。

（4）不裝柱子調(diào)諧可以通過，裝了柱子通不過。

不裝柱子調(diào)諧正常表示質(zhì)譜是好的，問題出在柱子上。常見的原因有兩個(gè)：一是柱子斷了

或 密封不好導(dǎo)致質(zhì)譜真空下降，二是柱子伸的太長(zhǎng)擋住了電子束。

（5）調(diào)諧評(píng)價(jià)顯示真空很好，18 和28 都很低，但是502 豐度小于3%。

先檢查離子源溫度，如果離子源溫度高于230 度，要先把它降到230 度。因?yàn)殡x子源溫度越高，502 的豐度就越低。然后檢查Repeller 電壓，你可以適當(dāng)提高Repeller 電壓的最高限制，比如說35 伏。較高的電壓可以得到較高的502 相對(duì)豐度。如果這些措施都無(wú)效，可能需要清洗離子源。

（6）質(zhì)量數(shù)不正確或者質(zhì)譜圖很怪，和標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖根本對(duì)不上號(hào)。

質(zhì)譜需要調(diào)諧，就好比砝碼需要校準(zhǔn)。自動(dòng)調(diào)諧的結(jié)果存在atune.u 里頭。如果你的方法采用的調(diào)諧文件名字不叫 atune.u ，比如說叫himass.u ，記住要在調(diào)諧后把調(diào)諧結(jié)果存到 himass.u 。否則調(diào)諧了也沒用上。

（7）無(wú)法聯(lián)機(jī)。

工作站非正常退出會(huì)導(dǎo)致無(wú)法聯(lián)機(jī)。這是你需要重啟電腦，氣相色譜和質(zhì)譜。

（8）氣相色譜已啟動(dòng)，但質(zhì)譜不采集數(shù)據(jù)

原因有兩種：一是溶劑延遲尚未結(jié)束，二是“Remote cable”沒裝好。