质谱法可以进行有效的定性分析，但对复杂有机化合物的分析就显得无能为力；而色谱法对有机化合物是一种有效的分离分析方法，特别适合于进行有机化合物的定量分析，但定性分析则比较困难。因此，这两者的有效结合必将为化学家及生物化学家提供一个进行复杂有机化合物高效的定性、定量分析工具。像这种将两种或两种以上方法结合起来的技术称之为联用技术，将气相色谱仪和质谱仪联合起来使用的仪器就叫做气质联用仪。

气质联用仪被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。

质谱仪的基本部件有离子源、滤质器、检测器三部分组成，它们被安放在真空总管道内。接口由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪，接口是气质联用系统的关键。

按质量分析器的工作原理可分四极杆气质联用仪离子阱气质联用仪、飞行时间气质联用仪、傅里叶变换气质联用仪等。其主要由以下部分组成：色谱部分、气质接口、质谱仪部分(离子源、质量分析器、检测器)和数据处理系统。

色谱部分

和一般的色谱仪基本相同，包括柱箱、气化室和载气系统。除特殊需要，多数不再装检测器，而是将MS作为检测器。此外，在色谱部分还带有分流/不分流进样系统，程序升温系统，压力、流量自动控制系统等。

色谱部分的主要作用是分离，混合物样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。色谱仪是在常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此，如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置-分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪。如果色谱仪使用毛细管柱，因为毛细管中载气流量比填充柱小得多，不会破坏质谱仪真空，可以将毛细管直接插入质谱仪离子源。

气质接口

GC到MS的连接部件。最常见的连接方式是直接连接法，毛细管色谱柱直接导入质谱仪，使用石墨垫圈密封(85%Vespel+15%石墨)，接口必须加热，防止分离的组分冷凝，接口温度设置一般为气相色谱程序升温最高值。

质谱仪部分

一种通用型的检测器，又是有选择性的检测器。它是在离子源部分将样品分子电离，形成离子和碎片离子，再通过质量分析器按照质荷比的不同进行分离，最后在检测器部分产生信号，并放大、记录得到质谱图。

1、离子源

其作用是接受样品产生离子，常用的离子化方式有：

(a)电子轰击离子化(electron impact ionization，EI)

最常用的一种离子源，有机分子被一束电子流(能量一般为70eV)轰击，失去一个外层电子，形成带正电荷的分子离子(M+)，M+进一步碎裂成各种碎片离子、中性离子或游离基，在电场作用下，正离子被加速、聚焦、进入质量分析器分析。本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物。

特点：

结构简单，操作方便；

图谱具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供较多信息，对化合物的鉴别和结构解析十分有利；

所得分子离子峰不强，有时不能识别。

(b)化学离子化(chemicalionization，CI)

将反应气(甲烷、异丁烷、氨气等)与样品按一定比例混合，然后进行电子轰击，甲烷分子先被电离，形成一次、二次离子，这些离子再与样品分子发生反应，形成比样品分子大一个质量数的(M+1) 离子，或称为准分子离子。准分子离子也可能失去一个H2，形成(M-1)离子。

特点：

不会发生象EI中那么强的能量交换，较少发生化学键断裂，谱形简单；

分子离子峰弱，但(M+1) 峰强，这提供了分子量信息。

(c)场致离子化(fieldionization，FI)

适用于易变分子的离子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、苯丙胺类等。能产生较强的分子离子峰和准分子离子峰。

(d)场解吸离子化( field desorption ionization，FD)

用于极性大、难气化、对热不稳定的化合物。

(e)负离子化学离子化(negative ion chemical ionization，NICI)

在正离子MS的基础上发展起来的一种离子化方法，其给出特征的负离子峰，具有很高的灵敏度(10-15g)。

2、质量分析

其作用是将电离室中生成的离子按质荷比(m/z)大小分开，进行质谱检测。常见质量分析器有：

(a)四极杆质量分析器(quadrupoleanalyzer)

由四根平行圆柱形电极组成，电极分为两组，分别加上直流电压和一定频率的交流电压。样品离子沿电极间轴向进入电场后，在极性相反的电极间振荡，只有质荷比在某个范围的离子才能通过四极杆，到达检测器，其余离子因振幅过大与电极碰撞，放电中和后被抽走。因此，改变电压或频率，可使不同质荷比的离子依次到达检测器，被分离检测。

(b)磁式扇形质量分析器(magnetic-sector massanalyzer)

被电场加速的离子进入磁场后，运动轨道弯曲了，离子轨道偏转可用公式表示:当H，V一定时，只有某一质荷比的离子能通过狭缝到达检测器。特点是分辨率低，对质量同、能量不同的离子分辨较困难。

(c)双聚焦质量分析器(double-focusing massassay)

由一个静电分析器和一个磁分析器组成，静电分析器允许有某个能量的离子通过，并按不同能量聚焦，先后进入磁分析器，经过两次聚焦，大大提高了分辨率。

3、离子阱检测器(iontrap detector)

原理类似于四极分析器，但让离子贮存于井中，改变电极电压，使离子向上、下两端运动，通过底端小孔进入检测器。

检测器的作用是将离子束转变成电信号，并将信号放大，常用检测器是电子倍增器。当离子撞击到检测器时引起倍增器电极表面喷射出一些电子，被喷射出的电子由于电位差被加速射向第二个倍增器电极，喷射出更多的电子，由此连续作用，每个电子碰撞下一个电极时能喷射出2~3个电子，通常电子倍增器有14级倍增器电极，可大大提高检测灵敏度。

数据处理系统

为了质谱仪器的正常工作，必须要组成高真空系统的真空室。仪器使用了高性能的涡轮分子泵与前级真空泵构成两级真空机组以确保所需的真空。被分析样品经毛细管柱分离，进入离子源。采用电子电力标准配置(EI)，产生正离子，在推斥、聚焦、引出电极的作用下将正离子送入四极杆系统。四极杆在高频电压与正负电压联合作用下形成高频电场，在扫描电压作用下，只有符合四极场运动方程的离子才能通过四极杆对称中心到达离子检测器，再经离子流放大器放大，产生质谱信号。得到了质谱图，通过解释谱图或进行谱库检索以识别未知样品的组成。

典型的气质联用仪系统如下图所示，待分析样品通过载气(氢气或氦气)经过GC色谱柱得到初步分离，从色谱柱流出的各组分经过GC-MS接口模块传输进入MS模块的离子源单元，在这里各组分被离子化形成离子，进而被MS模块中的质量分析分析，分析获得的数据由GC-MS平台的数据处理模块进行处理、显示，并进行数据库搜索和比对。整个分析过程所涉及到的流程处理顺序均由GC-MS平台的仪器控制模块进行控制和协调。

气质联用仪操作方法

  载气系统

1、载气体的使用

气体纯度必须达到99.999%，并使用专用钢瓶灌装，载气纯度不够或剩余的载气量不够时，会造成m/z28谱线丰度过大，根据所用载气质量，当气瓶的压力降低到几个MPa时，应更换载气以防止瓶底残余物对气路的污染。

2、载气净化

一般载气进入色谱前都需经过净化，除去载气中的残留烃类化合物、氧、水等杂质，以提高载气的纯度，延长色谱柱使用寿命，减少色谱柱固定相流失，而且很大程度地降低背景噪音，使基线更加稳定。

建议安装一个高容量脱氧管和载气净化器或使用复合型载气净化管。净化装置应及时更换，脱氧管使用时间过长，吸附的氧气会随着载气进人仪器，导致m/z32的谱线丰度过大。市售的脱氧管通常会用氮气进行饱和，安装时，必须用氦气将脱氧管内和管线里的氮气吹扫干净，再接至仪器上。

质谱真空泄露的确认及检漏

1、确认泄漏

质谱真空是否出现空气泄漏，可从压力和空气/水的背景图谱进行判断。如果仪器达到稳定状态，一般情况下当柱流速为1ml/min时，前极压力应小于50mTorr，离子规压力小于7e-5Torr，如果压力过大，则可能有泄漏；m/z18，28，32和44是空气/水的特征峰，空气/水的背景图谱正常情况下；如果m/z28的峰远高于m/z18峰，且与m/z32峰的比例符合空气中氮气和氧气的比例，则可以判断有小漏；如果，m/z28，32两峰异常高，总离子流强度超过10的8次方，则漏气严重，此时要立即关掉灯丝，否则会造成灯丝断掉。

2、检漏

钢瓶及气体管线的检漏以Snoop测漏液检查每个管线接点，特别注意钢瓶头部分。每换一次气体钢瓶，必须以Snoop测漏液全面检查钢瓶及进气口接点，确保钢瓶与进气管线没有漏气。将钢瓶打开，调整至一定压力，关闭气相色谱仪进样口的压力，关闭气瓶的总阀，开启分压阀，若有漏气，一段时间后分压表的压力会有明显的下降。定时察看压力表(每小时)和压力降低情况，可由此查知气体主管线是否漏气。

GC部分的检查，其空气泄漏通常会发生在内部的载气管接头、隔垫定位螺母、柱螺母等位置。可用适量的丙酮涂抹上述位置，每次一个位置，先后顺序依照离MS部分由近及远的原则。在适当的时间后，观察背景图谱中的峰图，若m/z58和m/z43处出现一个陡峭的、显著的攀升，说明在刚刚涂抹丙酮的位置存在空气泄漏。

MS部分的检查，可以使用下述方法确定泄漏是在GC中还是MSD中：

先观察空气/水的背景图谱，然后将气质联用仪所有加热区冷却后，取下色谱柱与GC进样口连接的一端，用一个废隔垫堵住色谱柱端口，等待15-20min，再一次观察空气/水的背景图谱，如果二者基本相同，则泄漏存在于MSD中或GC/MSD传输线末端的色谱柱螺帽处；如果结果显著不同，泄漏存在于GC部分。

在MSD中查找空气泄漏的方法与GC部分类似，在可能发生泄漏的位置涂抹丙酮，每次一个位置，总是从近被打开过的密封装置开始，这是有可能发生空气泄漏的地方。在涂抹完一个位置后，观察背景图谱中的峰图变化加以判断。MSD部分空气泄漏比较容易出现在传输线末端的色谱柱螺帽处，此处由于柱箱温度反复变化，有可能会造成松动；另一方面，在装毛细管柱时，螺帽不可以拧得太紧，否则容易把石墨圈压碎，造成漏气，一般情况下用手拧紧，再用扳手拧四分之一圈即可。

进样系统

1、进样隔垫

应使用高品质低流失及耐高温的进样隔垫，更换进样隔垫时先将柱温降至50℃以下，关掉进样口温度和流量气相色谱仪具备漏气保护功能，如果流量不关闭，当旋开进样口螺帽时，大量载气漏失，气相色谱的所有加温部分会自动关闭，需重新开机才能开启。隔垫更换时，注意进样口螺帽不要拧得太紧，否则隔垫被压紧，橡胶失去弹性，针扎下去会造成打孔效应，缩短进样垫使用寿命。后做漏气检测“leakcheck”，如果螺帽旋至合适，仪器会显示：“leakcheckpassed”。

进样隔垫应视情况及时更换微量漏气不易查觉，一般来说微漏可造成目标分析物出峰提前，因为炉温较高时空气中的氧气会氧化色谱柱固定液，使固定液流失加大，降低柱效，但要通过长时间比较才能发现；相对的大量漏气则会造成保留时间的延长。一般自动进样约100针后即应更换进样垫，手动进样还要少一些，视进样技术而定。

2、衬管及石英棉

衬管应视进样口类型、样品的进样量、进样模式、溶剂种类等因素来选用。尤其是分流不分流衬管，注意不要混用，安装时上下不要装反。其洁净度直接影响到仪器的检测限，应注意对衬管进行检查，更换下来的衬管如果不太脏可以用无水甲醇或丙酮超声清洗，取出烘干后继续使用；太脏则需先用清洁剂再用溶剂清洗，然后对衬管进行硅烷化处理后再度使用。

石英棉应使用硅烷化处理过的，这种石英棉一般较未处理过的细而脆，未处理过的石英棉对分析物特别是极性化合物吸附严重，需进高浓度的目标物达吸附饱和后才可分析样品。使用过的石英棉应丢弃，不能重复使用。

色谱柱


  1、选择与老化

色谱柱的选择一般从固定液的类型、长度、口径和膜厚四个方面考虑，毛细管色谱柱的固定液分非极性、弱极性、中等极性和强极性，色谱柱固定液的极性越高，其温度使用上限越低，随柱温的升高固定液流失程度也越大，选择固定液的原则一般是能用极性低的则尽量不选用极性高的；柱长则能用短柱解决的就不用长柱；小口径色谱柱较大口径有较好的分离度，峰形与灵敏度也都好，但口径小了柱容量也小，应视分析要求而定；固定液膜较厚的可以承受较大的进样量，分离同分异构体，比薄膜者有较好的分离度，但柱流失也较严重，其实际操作的温度也较薄膜者低。

新购毛细管商品柱(如DB系列的毛细管柱)一般出厂前已老化好，所以使用前一般不需要长时间老化，新柱老化一般不接质谱或其它检测器，设定一个程序升温程序走两至三次就能满足分析需要，其中程序升温程序的起始温度要低，一般设为50℃，温度可选择低于柱使用温度上限30℃或在平时使用的温度，升温速率要慢，一般设为5℃/min。旧柱老化时可接质谱或其它检测器，程序升温的温度可比平时使用的温度高一些，但不能超过柱允许使用的温度上限。

2、使用与保存

使用时应注意说明书中标明的温度，不能超过色谱柱的温度上限使用，否则会造成固定液流失，还可造成对检测器的污染。要设定允许使用温度，如遇人为或不明原因的突然升温，GC会自动停止升温以保护色谱柱。氧气、无机酸碱和矿物酸都会对色谱柱固定液造成损伤，应杜绝这几类物质进入色谱柱。

色谱柱拆下后通常将色谱柱的两端插在不用的进样垫上，如果只是暂时拆下数日则可放于干燥器中。

3、安装

应按照说明书操作，切割时应用专用的陶瓷切片，切割面要平整。不同规格的毛细管柱选用不同大小的石墨垫圈，注意接进样口一端和接质谱一端所用的石墨垫圈是不同的，不要混用。

进入进样口一端的毛细管长度要根据所使用的衬管而定，仪器公司提供了专门的比对工具，同样，进入质谱一端的毛细管长度也需要用仪器公司提供的专门工具比对。柱接头螺帽不要上得太紧，太紧了压碎石墨圈反而容易造成漏气，一般用手拧紧后再用扳手紧四分之一圈即可。

接质谱前先开机让柱末端插入盛有有机溶剂的小烧杯，看是否有气泡溢出且流速与设定值相当。严禁无载气通过时高温烘烤色谱柱，以免造成固定液被氧化流失而损坏色谱柱。

状态检查及进样操作

1、仪器中间状态检查

仪器状态直接影响到分析物的检测限、定性与定量，除了按照规定的周期进行计量检定外，还应该定期进行期间核查，根据仪器使用情况可每季度或每月核查一次。

气质联用仪期间核查的内容可包括：仪器检测限(灵敏度)、分析物保留时间的重复性(稳定性)、数据的精密度、线性范围等几个方面。可通过系列浓度的有证标准物质溶液重复进样进行验证，质谱部分还可通过观察校正气FC43的特征离子是否正常确认仪器是否需要校正。通过核查证明仪器状态良好时才能进行样品分析。

2、进样操作时的注意事项

气相用定容试剂一般分子量小，易挥发，所以在整个进样过程中，为充分保证分析结果的准确可靠，应尽可能避免溶剂挥发，确保被分析的样品溶液浓度不变。

(a)要保证室温尽可能恒定，使标准品溶液系列和样品溶液系列在同样的条件下被分析测定；

(b)自动进样时，所用小瓶盖垫一次性使用，用过的瓶盖垫易造成定容试剂的挥发而使待测物浓度升高，且待测物浓度越高的样品误差也越大。