淺談氣相色譜/氣質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定有機(jī)物

朱田生

（安徽省水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

淺談氣相色譜/氣質(zhì)聯(lián)用法測(cè)定有機(jī)物

朱田生

（安徽省水利科學(xué)研究院 蚌埠 233000）

本文介紹了氣相色譜法和氣質(zhì)聯(lián)用法的基本原理、定性方法和定量方法。

氣相色譜 氣質(zhì)聯(lián)用 有機(jī)物測(cè)定

1 前言

氣相色譜（Gas Chromatography）是根據(jù)待測(cè)組分與固定相之間的作用力（分配比、吸附能力等）的差異而將它們一一分離的一種分離分析技術(shù)。氣相色譜法可分析和分離復(fù)雜的多組分混合物。目前由于使用了高效能的色譜柱，高靈敏度的檢測(cè)器及微處理機(jī)，使得氣相色譜法成為一種分析速度快、靈敏度高、應(yīng)用范圍廣的分析方法。氣相色譜法又可分為氣固色譜（GSC）和氣液色譜（GLC）：前者是用多孔性固體為固定相，分離的對(duì)象主要是一些永久性的氣體和低沸點(diǎn)的化合物；而后者的固定相是用高沸點(diǎn)的有機(jī)物涂漬在惰性載體上。由于可供選擇的固定液種類多，故選擇性較好，應(yīng)用亦廣泛。質(zhì)譜法（Mass Spectrometry）是在真空條件下將待測(cè)物質(zhì)電離（EI、CI），通過質(zhì)量分析器分析產(chǎn)生的離子的質(zhì)荷比來反推物質(zhì)分子量（分子式）的分析方法。質(zhì)譜法是唯一一種可以確定分子式的方法，是解析有機(jī)物結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力工具，對(duì)物質(zhì)的定性至關(guān)重要。但是質(zhì)譜法對(duì)混合物和結(jié)構(gòu)近似的同分異構(gòu)體定性無能為力，而色譜儀的最大優(yōu)點(diǎn)在于它的分離性能高，所以將色譜儀與質(zhì)譜儀聯(lián)用，可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，大大提高定性的準(zhǔn)確性。將混合物很好的分離是質(zhì)譜定性的前提。

2 定性方法

2.1 利用已知物保留值對(duì)照定性

利用已知物保留值對(duì)照定性是色譜分析中比較可靠的定性方法，主要的定性參數(shù)就是保留值（主要是保留時(shí)間）。當(dāng)固定相和操作條件嚴(yán)格不變時(shí)，任何一種物質(zhì)都有確定的保留值。在同一條件下，分別測(cè)定已知物和待測(cè)物的保留值，然后比較定性。也可以將已知物加到待測(cè)物中，通過比較加入前后色譜峰的變化來定性。

2.2 利用保留值經(jīng)驗(yàn)規(guī)律定性

對(duì)于沒有單標(biāo)的混標(biāo)組分，可以分析組分的沸點(diǎn)高低或不同組分與固定相作用力大小的差異來確定組分。如針對(duì)同系物可以采用碳數(shù)規(guī)律，對(duì)于同分異構(gòu)體可以根據(jù)異構(gòu)體極性的大小來確定等。

2.3 利用選擇性檢測(cè)器定性

各種類型的檢測(cè)器對(duì)不同類別化合物的響應(yīng)機(jī)理是不同的，即有選擇性響應(yīng)。用選擇性檢測(cè)器定性，只能確認(rèn)某一類化合物存在，而不能指出具體是哪一種組分。

2.4 利用標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照檢索定性

國(guó)際上通用的標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)是采用70eV電子轟擊純物質(zhì)而得到的質(zhì)譜圖來建立的，如NIST譜庫(kù)、NBS譜庫(kù)等。每一臺(tái)商用GC-MS的工作站都會(huì)附帶一種譜庫(kù)，只需將70eV電子轟擊下全掃描（scan）的質(zhì)譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)對(duì)照檢索就能查出該物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，一般要看其匹配度的大小來判斷定性的準(zhǔn)確程度。需要注意的是對(duì)譜庫(kù)檢索的結(jié)果不能盲目相信，要注意觀察樣品譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的差異性。因?yàn)樯V柱的分離不是萬能的，有時(shí)會(huì)有兩種物質(zhì)重疊在一起，而含量低的組分容易被含量高的組分掩蓋。另外，對(duì)于結(jié)構(gòu)相似的同分異構(gòu)體，譜庫(kù)檢索的結(jié)果可能都一樣，這時(shí)需要分析色譜柱與被分離物質(zhì)的性質(zhì)或者查閱文獻(xiàn)資料來判斷同分異構(gòu)體的出峰順序，進(jìn)而才能準(zhǔn)確地定性。

2.5 利用碎片離子反推物質(zhì)的結(jié)構(gòu)

跟據(jù)質(zhì)譜儀所得到的碎片離子和有機(jī)物的裂解規(guī)律來反推物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。對(duì)于譜庫(kù)中沒有的物質(zhì)，例如新合成的有機(jī)物，則只能采用該方法和紫外、紅外、核磁等手段聯(lián)用來反推其結(jié)構(gòu)。

3 定量方法

3.1 定量校正因子

3.1.1 校正因子

定量分析的依據(jù)是待測(cè)組分的質(zhì)量或濃度與檢測(cè)器的響應(yīng)值成正比。校正因子的物理意義就是單位峰面積所代表的物質(zhì)的質(zhì)量和濃度，主要由儀器的靈敏度決定。

式中：Q——組分的含量（質(zhì)量或濃度）；

f——校正因子；

A——檢測(cè)器的響應(yīng)值。

3.1.2 相對(duì)校正因子

當(dāng)進(jìn)樣量，峰面積和實(shí)驗(yàn)操作條件不容易控制的完全一致時(shí)，校正因子的測(cè)定會(huì)有一定的誤差。為了減少由此帶來的誤差，在定量分析時(shí)有時(shí)采用相對(duì)校正因子f'，即某物質(zhì)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（內(nèi)標(biāo)物）的校正因子之比。相對(duì)校正因子還可以減少由進(jìn)樣量的變化帶來的誤差。

式中：f'——相對(duì)校正因子；

fi——待測(cè)物質(zhì)校正因子；

fs——內(nèi)標(biāo)物校正因子；

Qi——待測(cè)物質(zhì)含量；

Ai——待測(cè)物質(zhì)峰面積；

Qs——內(nèi)標(biāo)物含量；

As——內(nèi)標(biāo)物峰面積。

3.2 面積歸一化法

面積歸一化法就是把所有流出的色譜峰的峰面積加起來，其中某個(gè)峰面積占總峰面積的百分?jǐn)?shù)即為該組分的百分含量。

歸一化法一般只適用于FID，因?yàn)槎鄶?shù)有機(jī)物在FID上的響應(yīng)值近似相同。

3.3 外標(biāo)法

外標(biāo)法即通常所說的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法。該方法的依據(jù)是組分濃度與峰面積或峰高成正比。用合適的溶劑配置一系列不同濃度的標(biāo)樣，定量進(jìn)樣后繪制濃度與峰面積曲線可得標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率即該組分的校正因子。分析未知樣品中待測(cè)組分的峰面積，然后從標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得該組分的含量，或者由峰面積對(duì)濃度求一元線性回歸方程計(jì)算。該方法要求操作條件嚴(yán)格一致，進(jìn)樣量要準(zhǔn)確，重復(fù)性要好。

3.4 內(nèi)標(biāo)法

內(nèi)標(biāo)法是針對(duì)待測(cè)組分選定一種內(nèi)標(biāo)物，先測(cè)定其相對(duì)校正因子，然后在待測(cè)樣品中加入已知量的內(nèi)標(biāo)物后進(jìn)樣，根據(jù)相對(duì)校正因子、內(nèi)標(biāo)物的含量、待測(cè)組分和內(nèi)標(biāo)物的峰面積來計(jì)算待測(cè)組分含量。

3.5 內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法

內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法是基于內(nèi)標(biāo)法和外標(biāo)法基礎(chǔ)上建立的，在外標(biāo)法中的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液中加入相等已知量的內(nèi)標(biāo)物，然后繪制濃度和待測(cè)組分與內(nèi)標(biāo)物峰面積比的曲線可得內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率即相對(duì)校正因子。然后在待測(cè)物中加入與標(biāo)準(zhǔn)曲線相同量的內(nèi)標(biāo)物，測(cè)出組分與內(nèi)標(biāo)物的峰面積比，從內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線上即可查得待測(cè)組分的含量。內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)曲線法受操作條件影響較小，能夠校正進(jìn)樣量和儀器靈敏度變化的影響，也不需要測(cè)定相對(duì)校正因子，大批量的色譜定量分析中多數(shù)采用該方法。

3.6 內(nèi)標(biāo)物質(zhì)的選擇

內(nèi)標(biāo)物應(yīng)是待測(cè)樣品中不存在的并要和待測(cè)組分完全分開，保留時(shí)間要和待測(cè)組分接近，結(jié)構(gòu)要和待測(cè)組分相似，并且加入量要和待測(cè)組分的含量接近，對(duì)復(fù)雜混合物的定量要盡量選擇多種內(nèi)標(biāo)物質(zhì)。

3.7 氣質(zhì)聯(lián)用定量方法

氣質(zhì)聯(lián)用中質(zhì)譜可以看成是氣相色譜的一個(gè)檢測(cè)器（MSD），樣品的前處理和分離條件都和氣相色譜方法一樣，只是定性和定量方法與其他類型檢測(cè)器不同而已。

3.7.1 總離子流圖（TIC）定量

采用全掃描（scan）方式獲得的總離子流譜圖與FID得到的色譜圖極為相似（需要注意的是由于響應(yīng)靈敏度的不同，峰強(qiáng)度比有所差異），總離子流譜圖中每一個(gè)點(diǎn)的強(qiáng)度等于該時(shí)間所有碎片離子強(qiáng)度的總和?？梢圆捎妙愃破渌麢z測(cè)器的定量方式來進(jìn)行定量，也可以在總離子流譜圖中提取待測(cè)物質(zhì)特征離子的強(qiáng)度作為定量依據(jù)。由于TIC是采用全掃描的方式獲得的，所以噪音干擾比較大，信噪比比較低，靈敏度不高，目前已經(jīng)很少采用該方法進(jìn)行定量。

3.7.2 選擇性離子掃描（SIM）定量

選擇性離子掃描（SIM）是只進(jìn)行單個(gè)離子或多個(gè)指定離子的檢測(cè)。相對(duì)于全掃描方式其靈敏度可以提高一個(gè)數(shù)量級(jí)以上。選取目標(biāo)化合物的特征離子進(jìn)行選擇性離子掃描是定量的關(guān)鍵，特征離子應(yīng)符合豐度較高，周邊物質(zhì)沒有該質(zhì)量數(shù)的離子產(chǎn)生。對(duì)于同時(shí)測(cè)定多個(gè)組分的分析，首先需用標(biāo)準(zhǔn)樣品（可以用混標(biāo)）來確定各組分的保留時(shí)間和特征離子，然后根據(jù)出峰時(shí)間來分段選擇特征離子進(jìn)行掃描。需要注意的是對(duì)于有少數(shù)分離不開相重疊的組分，可以選取各組分中豐度較高的且互不干擾特征離子進(jìn)行掃描。在SIM譜圖中提取各組分的特征離子強(qiáng)度來對(duì)各組分進(jìn)行定量分析