Skip to main content
  1. Home
  2. Products
  3. 气质联用系统 (GC/MS)
  4. 气质联用系统 (GCMS) 基本原理

气质联用系统
基本原理

鉴定、定量还是定性？
使用的 GC/MS 系统类型取决于您的分析目标

虽然您可能使用相同的气相色谱系统，但根据您所需的选择性和灵敏度，可能需要使用不同的质谱仪，安捷伦提供三种主要的质谱仪型号。

单四极杆

单四极杆 GC/MS

单四极杆气质联用系统是常规应用的可靠选择，可以很好地替代传统的气相色谱检测器。它是迄今为止使用最广泛的 GC/MS 仪器类型，应用范围非常广。

了解 GC/MS 中使用的 SIM 和扫描模式的基本原理。

单四极杆质量分析器的基本元件包括离子源、聚焦透镜、四极杆、检测器和真空系统。

选择性离子模式 (SIM)

在 SIM 模式下，通过控制四极杆质量过滤器，使具有特定 m/z 比的离子通过离子光学元件进入检测器。SIM 对选定数量的分析物具有较高的灵敏度，因此常用于定量分析。

扫描模式

在扫描模式下，四极杆快速调整，使一系列 m/z 值的离子依次进入检测器。得益于稳定的高速电子元件的发展，该系统能够在不到一秒的时间内“扫描”GC/MS 的整个可用质量范围。这意味着您可以获得一个峰上多个色谱数据点的完整质谱信息。

您还可以通过扫描模式检测几乎不限数量的分析物。由于在色谱图的每个时间点都采集了整个离子谱图，因此扫描模式是通过与谱库进行比较实现化合物鉴定的理想选择。它还可用于帮助鉴定真正的未知化合物。

三重四极杆

三重四极杆 GC/MS

三重四极杆 GC/MS（GC/TQ 或 GC/QQQ）也被称为串联四极杆气相色谱/质谱，在靶向和痕量分析中具有出色的灵敏度。其高灵敏度的关键在于能够用一个四极杆 (Q1) 分离离子，在碰撞池中将其碎片化，然后在串联四极杆 (Q2) 中分离出其中一种碎片离子。这种技术被称为 MS/MS，它在保留目标离子的同时大大降低了化学噪音。

大多数 GC/TQs 都采用主要的 MS/MS 模式，即多反应监测 (MRM)。但它们也可采用各种其他模式，包括全扫描、母离子和子离子扫描以及混合模式，帮助您从样品中收集更多信息，并支持方法开发。

四极杆 1 选择一种特定的离子，将其传输到碰撞池，所选离子在碰撞池中撞击中性分子并形成碎片离子，然后由四极杆 2 进行分析。

MRM

MRM 通过设置第一个四极杆来过滤离子源产生的目标离子（母离子）。离子通过第一个四极杆后（与 SIM 实验非常相似），进入碰撞池。在池中施加能量，离子与气体分子发生碰撞，这一过程被称为碰撞诱导解离 (CID)。这些碰撞可重复产生更多的碎片离子，称为子离子。

使用第二个四极杆分离子离子，产生对目标分析物具有高选择性的 MRM 离子对。通常测量整个色谱图中丰度最高的 MRM 离子对以进行定量分析，它们称为定量离子或目标离子对。您可以通过添加更多特定于分析物的 MRM 离子对（称为定性离子对），提高方法的准确性。除了定量离子对外，通常会添加一到三个定性离子对。

开发 MRM 方法可能比开发 SIM 或扫描方法涉及的步骤更多，但 MassHunter Optimizer 等软件工具有助于在安捷伦 GC/TQ 仪器上实现这一过程的自动化。

在此示例中，m/z 210 为目标离子，目标分析物为 m/z 158 和 m/z 191。

飞行时间质谱

飞行时间高分辨质谱 (HRMS)

高质量准确度使气相色谱/四极杆飞行时间质谱 (GC/Q-TOF) 有别于 GC/MS 和 GC/TQ 仪器上的单位质谱测量。

理想情况下，原子质量或化合物的分子质量并不是数据文件中显示的单位质量。例如，氧气的精确质量为 15.9994 amu，而不是 16 amu。采用 HRAM 测得的质量与理论质量之间的误差通常为 1–5 ppm。GC/Q-TOF 的分辨率足以实现精确质量检测，可以将化合物质量精确到小数点后至少 4 位。

GC/Q-TOF 仪器兼具高选择性和高灵敏度优势，可为复杂基质中的样品提供准确的结果。就像高分辨率视频一样，高分辨精确质量质谱 (HRAM) 可捕获更精确的质谱详细信息，而在低分辨 GC/MS 和 GC/TQ 系统上这些信息可能非常模糊。

飞行时间 (TOF) 分析仪的内部工作原理

  1. 离子以非常高的速率（微秒级）在飞行管中脉冲飞行。
  2. 在离子沿着飞行管向上移动的过程中，它们会分离开来，最大的离子移动最慢。这样就可以以极高的精度测量到达时间（纳秒级）。
  3. 将离子包（瞬态）相加得到谱图。通常需要大约 10000 个瞬态的数据才能得到完整谱图。

全扫描模式

全扫描模式也称为总离子传输 (TTI) 或总离子色谱 (TIC)，是最常见的模式。GC/Q-TOF 还可用于半靶向或全靶向模式，通过利用四极杆和碰撞池进行 MS/MS 实验来提高选择性。

GC/Q-TOF 系统具有较强的选择性和鉴定/结构解析能力，通常用于未知物的鉴定。在常规的定量工作中，它们还可提供高度可靠的测量。

进一步了解不同类型的 GC/MS

Agilent 5977C GC/MSD

这种单四极杆 GC/MS 仪器具有始终如一的可靠性能。

Agilent 7000E GC/TQ

7000E GC/TQ 性能可靠且经济高效，具有经验证的可靠性。

Agilent 7010C GC/TQ

在 EI 模式下实现阿克级检测，适用于超痕量分析。

Agilent 7250 GC/Q-TOF

使用高分辨精确质量 GC/MS 鉴定未知化合物。