气相色谱质谱GCMS法对苯系物的分离分析剖析.docx

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气相色谱质谱GCMS法对苯系物的分离分析剖析

姓名：

JYF实验日期：

2015年5月29日

实验名称：

气相色谱-质谱（GC-MS）法对苯系物的分离分析

一、实验目的

1.了解气相色谱-质谱联用仪的基本构造，熟悉工作软件的使用。

2.了解运用GC-MS仪分析简单样品的基本过程。

3.进一步加深对气相色谱基本原理及其应用的理解。

二、实验原理

气相色谱法是利用物质在固定相和流动相中的分配系数不同，使不同化合物从色谱柱流出的时间不同，达到分离化合物的目的。

质谱法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按其质荷比（m/z）实现分离分析，测定离子质量及强度分布。

它可以给出化合物的分子量、元素组成、分子式和分子结构信息，具有定性专属性、灵敏度高、检测快速等特点。

气相色谱-质谱联用仪兼备了色谱的高分离能力和质谱的强定性能力，可以把气相色谱理解为质谱的进样系统，把质谱理解为气相色谱的检测器。

气相色谱-质谱联用仪的基本构成为：

样品→进样系统→离子源→质量分析器→检测器→信号处理器，其中离子源、质量分析器和检测器要处于真空系统中。

本实验中待分析样品为苯系物。

混合样品经GC分离成一个一个单一组分，并进入离子源，在离子源样品分子被电离成，离子经过质量分析器之后即按m/z顺序排列成谱。

经检测器检测后得到质谱，计算机采集并储存质谱，经过适当处理可得到样品的色谱图、质谱图等。

三、仪器和试剂

Agilent6890-5973NGC-MS仪（安捷伦科技有限公司）、HP-5MS色谱柱、0-5mL移液器、0.4μm的有机相微孔膜过滤器、苯、甲苯、二甲苯（AR）混合液、容量瓶

四、实验内容与步骤

1.准备好待测样。

（待测样的配置：

分别用移液器取1mL苯、甲苯、二甲苯混合后，用甲醇稀释1000倍后待用；再用移液器取2mL稀释液，使用0.45μm的有机相微孔膜过滤器后，转移至标准样品瓶中待测。

）

2.设定好GC-MS操作参数后，可进样分析：

设置样品信息及数据文件保存路径后，按下“Startrun”键，待“Pre-run”结束，系统提示可以进样时，使用10μl进样针准确吸取1μl样品溶液。

将进样针插入试样口底部，快速推出溶液并迅速拔出进样针，然后按下色谱仪操作面板上的“start”按钮，分析开始。

3.待出峰结束后，点击软件界面“停止”键停止检测。

对得到的总离子流色谱图（TIC），在不同保留时间处双击鼠标右键得到相应的质谱图。

在质谱图中，双击鼠标右键，得到相应的匹配物质，根据匹配度可对各峰定性。

4.根据已测得的色谱图优化GC-MS参数重复上述测量，直到色谱图的各个峰的分离状况较好。

保存所有的分析结果，上传实验数据。

（注意：

（1）吸入和注射样品的过程中要注意不能带入气泡，否则会影响实验结果；

（2）注射样品的速度要快，否则会使样品的扩散时间延长，峰型加宽，精度下降。

）

五、色谱条件

进样口温度：

250℃；质谱离子源温度：

230℃；色质传输线温度：

250℃；质谱四级杆温度：

150℃；分流比：

10：

1。

六、数据记录与处理

1.全扫描色谱图：

【实验次数1】柱温：

60℃测量时间：

6min溶剂延迟：

1.5min载气流速：

1.0mL/min

从对应的质谱图及定性结果来看，第一个峰对应的物质是苯，匹配度为91%。

【实验次数2】柱温：

75℃测量时间：

6min溶剂延迟：

1.4min载气流速：

1.0mL/min

从对应的质谱图及定性结果来看，第二个峰对应的物质是甲苯，匹配度为91%。

【实验次数3】柱温：

85℃测量时间：

6min溶剂延迟：

1.3min载气流速：

1.0mL/min

从对应的质谱图及定性结果来看，第三个峰对应的物质是苯，匹配度为90%。

【实验次数4】柱温：

100℃测量时间：

6min溶剂延迟：

1.25min载气流速：

1.0mL/min

由对应的质谱图、定性结果及理论判断可知，第四个峰对应的物质是对二甲苯和间二甲苯，匹配度均为94%（没有保存间二甲苯的图形，但可以从表中看出来）。

【实验次数5】柱温：

60℃测量时间：

2min升温速率：

20℃/min→100℃升温速率：

5℃/min→120℃测量时间：

3min溶剂延迟：

1.5min载气流速：

1.0mL/min

从对应的质谱图及定性结果来看，第五个峰对应的物质是对二甲苯，匹配度为93%。

但对二甲苯在实验四中已在第四个峰中测出，并且其匹配度大于此处。

所以第五个峰的对应物质不选表中的第一个物质对二甲苯，而选择第二个物质邻二甲苯，匹配度为91%。

【实验次数6】柱温：

75℃测量时间：

2min升温速率：

25℃/min→100℃升温速率：

5℃/min→120℃测量时间：

3min溶剂延迟：

1.4min载气流速：

1.0mL/min

这是优化后得到的样品总离子流色谱图：

从上面总结得到，在色谱图中出峰的物质依次是苯、甲苯、乙苯、对二甲苯和间二甲苯、邻二甲苯。

2.在1中【实验次数6】的设置条件下用SIM模式扫描第一个峰得到色谱图：

这是苯的SIM色谱图，可以通过该种方式对被测物质进行定量分析。

会出现两个峰可能是因为其中一个是杂质峰或者进样时速度太慢。

七、思考题

1.GC-MS仪是如何得到总离子流色谱的？

除此之外，使用GC-MSD，我们还能获得哪几种色谱图，它们各有什么特点？

答：

（1）在一般的GC-MS分析中，样品连续进入离子源并被连续电离。

分析器每扫描一次，检测器就得到一个完整的质谱图，并保存。

由于样品浓度随时间变化，得到的质谱图也就随时间改变，即各种物质由于保留时间不同得到分离，然后依次进入质谱仪中被电离，达到检测器被检测出质荷比，因此得到了总离子流色谱。

总离子流色谱是由一个个质谱得到的，所以它包含了样品所有组分的质谱。

（2）质谱图可由总离子色谱得到，一般由色谱峰峰顶处得到相应质谱图，但是如果两个色谱峰又相互干扰，应尽量选择不发生干扰的位置得到质谱，或者是通过扣本底消除其他组分的影响；质量色谱图是由质谱中任何一个质量的离子也可以得到的色谱图，质量色谱图是由scan质谱中提取一种质量的离子得到的色谱图，也可以通过选择不同质量的离子做质量色谱图，使正常色谱不能分开的两个峰实现分离，以便定量分析，进行定量分析时也使用同一种离子得到的质量色谱谱图测定矫正因子；SIM质谱图：

选择某一质荷比进行扫描，得到该质荷比的色谱图，具有很好的定量功能，但是由于所含的信息不全，不适用于定性分析。

2.绘制某一保留时间处苯、甲苯的质谱图，分析它们主要产生了哪些离子峰。

查阅质谱电力过程中分子碎裂的机理，写出苯、甲苯可能的分子碎裂过程。

答：

苯：

主要离子峰在78、39，则可能为质荷比78：

，质荷比39：

。

苯分子可能的碎裂过程：

→

+

甲苯：

主要离子峰在91、65，则可能为质荷比91：

，质荷比65：

，

甲苯分子可能的碎裂过程：

→

→

+H2C=CH2

3.解释：

溶剂延迟、分流比

答：

溶剂延迟：

在进行气质联用时，我们一般使用低沸点的物质作为溶剂，由于开始出来的主要是溶剂，而大量的溶剂会使得质谱仪的灯丝受损，严重时可能导致烧毁，为了延长灯丝的寿命，采取在气相色谱流出一段时间后打开质谱仪测定质谱图，就是溶剂延迟。

分流比：

将加入色谱仪中的样品中的一部分分出丢弃，只将余下部分进入毛细管柱，其中丢弃部分：

留下部分就是分流比。

4.气相色谱适用于分析哪些样品，请举例说明。

答：

气相色谱一般适用于分析易挥发或易与载气作用样品，且不能与载气或固定相反应。

多用于易挥发的有机化合物的分离分析，比如一些简单物理性质相近的有机混合物的分离和定性定量分析。

八、反思

本次实验利用气相色谱-质谱对混合物进行了定性测量。

在实验过程中，学会了使用仪器和配套软件来对简单混合物进行色谱测量及质谱分析。

进一步加深了对理论知识的理解。

对实验本身有以下几点分析：

1.在SIM模式下扫描出来的谱图有两个峰，原因有可能是杂质峰或操作不当。

如果是杂质峰，那就说明一种质荷比并不是只对应一个峰，它可能同时将几种物质同时打碎成具有相同质荷比的碎片。

2.从苯系物的沸点来看，合理的出峰顺序应该是甲醇、苯、甲苯、乙苯、对二甲苯、间二甲苯、邻二甲苯。

但实验的结果中并没有甲醇的峰，这是因为甲醇作为溶剂，已经在溶剂延迟的时间里全部通过仪器，并未进入测量。

这样也保护了仪器不受损害。

3.从对二甲苯的分离结果看来，利用Scan全扫描与图库检索结合的方式来定性的方式是很有用的，但是当几种物质比较相似时，定性的结果就不太好了，甚至有可能出错。

在本次实验中就出现了对二甲苯出现两次匹配最优的结果。

在这种情况下，用来定量可能会相对好一点，因为各峰的峰面积有一定的差异，峰面积最大的峰所对应的物质应当是主要物质。

但如果物质太相似，峰形也难以分离时，定量也会比较困难了。