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一文详述气相色谱——质谱联用仪
来源: 陕西省地质调查院实验中心 | 作者:谢元 | 时间:2024-05-06 15:02:41 | 人气:

  在对土壤、水系沉积物、水质等有机物组成及含量的分析时需要借助一些大型的分析设备,每种设备都有自己的优缺点,依靠单一的测试设备往往因其局限性不能获得较为准确全面的测试结果,测试研究人员会将两种或两种以上的测试设备结合起来进行分析测试,以期达到理想的测试结果,这种结合方法被称为联用技术。
  气相色谱——质谱联用仪(以下简称“气质联用仪”)是一种用于确定有机组成的成分及含量分析的仪器,通过把色谱(GC)的分离功能和质谱(MS)的检测功能联用,使设备兼具GC的高分辨率和MS的高灵敏度,具有结构简单、操作方便、灵敏度和准确性高的优点,广泛应用于环境、化学、材料学、生物学、医学、畜牧学等领域的研究,可以确定各种物质中的有机物组成并进行含量的精确分析。
  气质联用仪的发展历史
  质谱仪的诞生和发展早在二十世纪初期就开始了,1910年左右,卡文迪许实验室的汤姆逊(Thomson)改进了前人制造的“速度选择器”,使用磁场和电场来分离具有不同质量和能量的离子,制成了质谱仪的原型机。
  第一次世界大战后卡文迪许实验室的阿斯顿(Aston)改进了质谱仪,并使用该质谱仪发现了氖的同位素,获得了1922年的诺贝尔化学奖,被认为是质谱仪真正的发明者。
  20世纪50年代,罗兰·戈尔克(Roland Gohlke)和弗雷德·米卡费列(Fred Mclafferty)研发的气相色谱——质谱联用仪体积庞大、易损坏,不适用于商业推广。1955年,威利(Wiley)和麦克拉伦(McLaren)设计出的飞行时间质谱仪发布,成为第一台商用仪器。1981年,菲尼根(Finnigan)公司将旗下生产的第一台商品化三重四极杆质谱仪成功推向市场,标志着气质联用仪器全面商业化的开启。
  气质联用仪的技术原理
  气质联用仪的构成主要包括气相色谱仪、接口设备、质谱仪和计算机。它的工作原理主要是样品经色谱柱分离后进入质谱仪离子源,随后被电离成离子,经质量分析器、检测器之后即成为质谱信号并输入计算机。根据设定好的扫描质量范围和扫描时间,就可以得到质谱图,计算机可以根据质谱图计算出总离子强度,总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图,即用质谱作为检测器得到的色谱图。

图1  三重串联四极杆质谱构造图

  气质联用仪的应用实例
  气质联用仪利用气相色谱对混合物质优秀的分离功能和质谱对成分检测的高灵敏度,可以对较多的检测参数进行测定,如日常生活中最常应用的食品添加剂、化妆品、中西药、香料等成分分析。该设备在地质领域中广泛应用于有机物复杂组分的分析与鉴定,如土壤及水中农药、有机物的分析。目前陕西省地质调查院实验中心已将该仪器服务于“地下水监测97项指标检测能力建设与应用”“建设用地与农用地土壤污染物监测方法研究”等科研项目。
  未来实验中心可以利用该设备对气体中的有机成分进行分析,实现对土壤、地下水、地表水、气体等物质污染情况、地下油气资源的反馈,为地质资源调查及环保监测、监督、治理提供可靠的数据保障。