气相质谱仪原理及用途.pdf

气相质谱仪原理及用途

气相质谱仪是一种广泛应用于化学、生物学和环境科学等领域的分析仪器。它可以将
复杂物质分解成单一的分子，进而得出每种分子的相对分子质量、结构和含量。本文将介
绍气相质谱仪的原理、结构和应用。

一、气相质谱仪的原理

气相质谱仪将化合物分离和分析分为两个步骤，即气相色谱分离（GasChromatography，
GC）和质谱分析（MassSpectrometry，MS），分别分析溶液中的各种成分。GC分离将混合
物中的各种成分分开，并送入MS设备进行分析。

1.气相色谱分离（GC）

GC是一种物理分离技术，它基于各成分在某一固定温度下在固定相中的不同分配行为，
将混合物中各种化合物物质分离开来。GC通常使用毛细管柱，将混合物注入进来，各种成
分在柱中沿着固定相的不同速度进行分离。GC分离的准确性和效率取决于柱的性能、温度
和其它硬件参数。

2.质谱分析（MS）

在GC未被完全分离的基础上，由相对流的不同物质逐一进入，被质量分析仪所脱离带
电，产生各种质谱峰，质谱仪将这些质谱峰的相对质量测量出来，进而推断出样品中的各
种成分。质谱分析的准确性和效率取决于其质谱仪的性能和相关软件的性能。

二、气相质谱仪的结构

气相质谱仪包含样品供应和处理装置、气相色谱分离装置、质谱分析装置、检测器和
控制系统等五个主要组成部分。

1.样品供应和处理装置

样品供应和处理装置通常由进样器和样品前处理模块组成。

进样器是将样品导入GC列之前的一个模块，因此它非常重要。目前普遍使用的进样器
有针式、热蒸汽及液体动态头式等。

样品前处理模块是对样品进行前处理的设备，旨在分离、浓缩和良好的制备样品液体
带有针的GC进样。样品前处理程序往往包括减压器、浓缩器、气化器、分离器、冷却器
等。

2.气相色谱分离装置
气相色谱分离装置是将混合物分离成各组分的主要手段。主要包括样品注入口、色谱
柱和梯度温控系统，其中色谱柱是最为重要的部分。

色谱柱的选择应明确所需分析度的大小，例：分析度只需要较粗略时可选择通用柱
（5%-10%）；而分析度较高时（1%-5%）需要选择高效柱。色谱柱的类型、粒度、长度和直
径等参数会严重影响柱的分离效果。

3.质谱分析装置

质谱分析装置是将分离后的化合物进行必要的离子化和分析山峰计量。质谱分析装置
主要包括：离子源、质量分析器、检测器和数据采集系统等几个部分。

离子源是将化合物转变成离子的装置，目前广泛采用的离子源有电子轰击（EI）离子
源、化学离子化（Cl）离子源和电喷雾（ESI）离子源等。

质量分析器是质谱仪的核心部分，它将离子按其质荷比分离并获得各种组分的质量谱
图。目前广泛使用的质量分析器有质量滤波器（Q）、离子陷阱（IT）、时间飞行（TOF）
等。

检测器是质谱仪输出结果的最后一步，广泛使用的检测器有电离检测器（ECD）、火焰
离子检测器（FID）、热导检测器（TCD）、氮磷检测器（NPD）和质量热检测器（MSD）等。

4.检测器

检测器是一种检测GC/MS结果的设备，其主要作用是将符合条件的分析峰转换成电信
号输出。而检测器的输出及衍生数据将经过后续处理。

目前较常见的检测器有气体色谱检测器（GCDetector）和质谱检测器（MSDetector）
两种。其中气体色谱检测器主要包括热导检测器（TCD）、火焰离子化检测器（FID）、电
子捕获检测器（ECD）等；而质谱检测器则主要依赖质谱仪进行检测。

5.控制系统

控制系统是气相质谱仪的中央控制系统，为后续分析提供运行命令，包括各类电路板
和控制软件。

气相质谱仪还有辅助零部件，如梯度温控装置、压缩空气装置等等。

三、气相质谱仪的应用

气相质谱仪主要应用于以下领域：

1.有机物分析
气相质谱仪可以对有机化合物进行分析，如食品、药品、化妆品、烟草和生物组织等。
这些化合物通常都具有复杂的组成和低浓度，需要使用高效的气相色谱柱和高灵敏度的质
谱仪来分析。

2.环境污染监测

气相质谱仪可以对大气、水和土壤中的有机污染物进行有效分析和监测，如石油类、
有机氯类、挥发性有机污染物等。这些化合物具有挥发性、毒性、持久性和广泛分布性，
因此需要气相色谱柱和质谱仪来分析。

3.化学分析

气相质谱仪可以进行石化、医药、化妆品、香料、食品等领域的化学分析。可以通过
气相色谱技术和质谱仪对食品中的添加剂、污染物、残留物和大量物质进行分析。

四、总结

气相质谱仪是一种高效、高灵敏度、高分辨和高可靠性的分析仪器。它可以将复杂物
质分解成单一的分子，并得到每种分子的相对分子质量、结构和含量。在化学、生物学和
环境科学等领域的广泛应用，使得气相质谱仪成为研究和开发新型材料、新药物和新
applications的关键