GCMS的主要构造及基本原理.docx
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GCMS的主要构造及基本原理
GCMS的主要构造及基本原理
GC/MS的主要构造及基本原理&维护保养
了解气相色谱质谱联用仪的主要构造及基本原理
1.1整体概述
气相色谱质谱联用仪可以分成两大部分GC&MS.简单的说GC是把混合物分离成单一物质，而MS就是对着单一物质经行检测。
GC中主要包括气路系统，进样系统，温度控制系统，分离系统;MS中主要包括就是离子源，质量分析器，检测器。
下面这幅就是一台气相色谱质谱联用仪主要组成部件。
1.2.GC部分
1.2.1概述
气相色谱仪是气相色谱法为基础而设计的仪器，气相色谱是以气相色谱柱为分离基础，样品进入进样器后载气传送，到达色谱柱的分离，分离后样品由柱中流出后到达检测器，然后排空。
气相色谱仪整体系统由以下方面组成:
1）.载气供输系统（A）
2）.进样系统（B）
3）.柱分离系统（C）整个GC中最重要的一个
4）.控温系统（D）
1.2.2.载气供输系统
1.2.2.1概述
参考下图，我们能够大致了解下载气供输系统的构造.
a-压缩气体,纯度>99.999%（这一点绝对重要，如果不纯将影响到仪器维护以及日常测试中多个方面建）,常用的气体有HeArN2H2;
b-减压阀,GC/MS输出压力0.5~0.7MPa;
c-开关;
d-气体纯化管,可去除少量O2、CO2、CxHy、卤代烃等.在这一块维护保养中，我们也一直米人去动过它，上次整机维护的时候厂商说我们这个还能用也就米换，个人建议一年换一次纯化管为好。
1.2.2.2载气的选择
在一个方法开发的时候，其中考虑的一个因素就是选择使用何种气体作为我们仪器运行的一个载气。
在选择在载气的时候我们一般考虑以下几个方面
a.检测器
下面列出了不同的检测器对载气的基本要求。
根据上表你就可以根据你所用仪器的一个检测器进行选择，在我们GC-MS中常用的也就He，H2，N2
b.柱效
从图上我们可以看出N2和Ar变化最大,在较高的流速下得到最高的HETP;He和H2曲线较平坦,即使较高的流速也能得到较低的HETP;所以推荐使用He和H2;按照理论塔高度越低，理论塔板数越多越好所以一般我们选择HE，H2
c.安全性
主要考虑的还是氢气。
在使用中一不小心可能就―砰‖，所以如果我们米有什么特殊需要常用的载气也就是He
d.价格
根据自己的实际情况，选择合适的载气，能用得起就买贵的，用不起的就买差不多的，将就就将就可以了。
1.2.3进样系统
1.2.3.1主要部件就是进样口，衬管，自动进样器
1.2.3.2衬管
1）用途;提供样品足够多的气化的空间
2）制成;一般由石英制成.一些仪器不使用衬管,管柱直接伸到进样隔垫附近.
3）保养;样品中不易流失的物质和降解的物质会聚集在此处,应该定期更换
4）洗涤:
我们常用的是用浓硫酸碳化，最后用丙酮超音波震荡，烘干3小时;另外一个也就是用有机溶剂硅烷化（10%的2甲基硅氧烷的甲苯溶剂）浸泡3个小时然后用甲苯冲洗，甲醇冲洗，最后烘干3h。
5）装填;加装玻璃棉，它的作用一就是增大气化体积二就是防止隔垫碎削或者高沸点物质掉入色谱柱起到的是一个过虑的作用
1.2.4柱分离系统
1.2.4.1概述
常见的柱子一般分为两类填充柱和毛细管柱，现在市面上主要以毛细管柱使用最大。
他们的一般参数分别是
填充柱（PackedColumn）
长度:
0.5–10m
口径:
2-4mm
流量:
10-60mL/min
样品容量大,精密度低,成本也低
毛细管柱（CapillaryColumn）
长度:
5–100m
口径:
0.1-0.53mm
流量:
0.5-20mL/min
样品容量较低,精密度高,成本较高
1.2.4.2色谱柱老化
新柱子买回家的时候第一件事情就是老化，老化的作用主要也就是除去管住内剩余的溶剂，固定液中低沸点成分以及易挥发的杂质，同时也使固定也更均匀的分布在固定相中。
一般采用升温老化,即从室温以5oC/min的速率程序升温到最高温度,并在高温段保持数小时（新柱一般须>4h,旧柱一般在2h左右）.
新柱老化时,不要将毛细管柱连接在检测器上（以免污染检测器）
一般推荐的老化温度
比如:
我的实验室用的是PE-1HT管柱其Tmax为400oC,Tapp为320oC,所以计算得Tcond=400/2-320/2+320=360oC所以我的老化最高温度就是360
1.2.5控温系统
温度控制是否准确,升、降温速度是否快速是市售色谱仪器的最重要指针之一.控温系统包括对三个部分的控温，即气化室、柱箱和检测器.
A.气化室它的一个简单了解
B.烘箱的一个实物图
（这个叫柱箱，区别于干燥用的烘箱。
图中标示的“冷却风扇”不够准确，这个风扇是搅拌柱箱内气体，使气体温度均匀的，柱箱冷却的时候需要风扇，加热的时候也需要风扇。
）
（加热的时候在四周有加热板的～～～上面有用到特殊的包装你看不见。
另外（PE）这个在这里只是作为一种快速降温。
加热的时候风扇也要转，使加热板放出的热量快速传递给柱箱内的空气，进而传递给色谱柱，柱箱内其它部件也被加热。
PE的GC-MS风扇只是作为快速降温，听起来有点奇特呀。
另外，楼主这个贴说的是GC-MS的共性，并不是只说PE一家的仪器。
）
一（
1.柱温:
主要靠柱箱来控制,是影响分离的最重要的因素.选择柱温主要是考虑样品待
测物沸点和对分离的要求.柱温通常要等于或略高于样品的平均沸点;对宽沸程的样
品应使用程序升温方法.
2.控温方式:
恒温和程序升温.
3.序升温好处:
a.改善分离效果
b.缩短分析周期
c.改善峰形
d.提高检测灵敏度
我们实验室使用的是程序升温模式，主要也就是目标分析物沸点范围太大这个因素。
另
外到底用不用升温模式你也可以试试对其经行优化比较来最终确定。
1.3MS部分
1.3.1概述
下图就是我们PE的clars600MS部分的一个实物图:
下图是我们仪器保养得时候拆下来才可以看见的实物图
1.3.2离子源
1.离子源组成;内原和外源（两组透镜，磁铁滑动接点，簧片，两组匣式加热器，一个热电偶）.
带有高能量之电子在离子室内轰击分子，从而发生游离。
这一过程生成带正电荷（+）的阳离子,故被称为电子冲击式游离，简称EI+。
2.离子源污染带来的后果
1）.重现性差（保留时间&峰面积）
2）.不能自动调机
3）.噪声大
4）.高质量数强度降低（M/Z502）
5）.检测器电压增高（厂家会给你个建议值，可以通过这个值来判断你的仪器是否需要进行维护）
根据自己的作业量&样品复杂程度选择一个合适的周期对其进行一次维护保养，我们实验室由于样品量多，而且样品又杂，所以我们每隔一个月就会对离子源经行一次清洗。
一般正常洗过之后，之前拖尾的峰或重现性差的情况都会得到一个改善。
1.3.3质量分析器
1.质量分析器的种类主要四极杆,磁质谱,飞行时间,离子阱等.根据其种类从而分成了四级杆质谱，飞行质谱，离子井质谱，核磁共振。
目前应用最广泛的质量分析器还是四极杆分析器.四极杆分析器机构紧凑,价格低廉,性能稳定，整体的一个性价比很高，一般的就能达到你所要分析的目的。
2.下面主要介绍下四级杆极杆
质量过滤器包括两个部分——前滤柱和四极柱质量分析器。
它由四根平行的圆杆组成,相对的杆连在一起,所加的电压为一个直流电和一个交流成分组成.两队杆之间的交流成分正好相差1800,在四极杆通道内形成了特殊的振荡场.
当离子由轴线方向进入电场,随着四极杆的极性变换,在电极间产生振荡,只有符合条件（荷质比一定）的离子的振荡是稳定的,因此在某一时刻,只有具有一定荷质比的离子可以顺利通过并到达检测器,其它的离子则会碰到四极杆,被中和成为中性粒子.
3.前滤柱（好东西啊）
前滤柱是一种在主质量分析器前面的特短柱装置.
源自主杆的能量通过电容器输送给前滤柱,从而移除所有直流电压,仅有交流成分被施加到前滤柱上.常见的化学污染物的质量均在10至100之间,前滤柱可将这类污染物沉淀自己身上,使之不会沉淀到四极质量分析器上,从而保护四极杆分析器,日常操作无需频繁拆解质量分析器,清洗更容易.有了这个我估计我们可以少清洗了好多次了。
上次我跟我同事闲聊的时候提到一点;假如有一天可以通过某种方式使仪器不用把仪器部件拆下来就能达到清洗的目的，那该多好。
我的设想，嘿嘿～～
1.3.4离子检测器
利用―偏移电极‖来检测从四极柱质量分析器飞出来的离子，而不是直接使用电子倍增器
来检测离子。
离子束从四极质量分析器出来后，穿透接地板，将四极柱能量与转换电极
能量分离开来。
离子一旦脱离接地板，离子束感应到一个偏移–4.4KV的电压。
对于各
种质量的离子而言，这都是一种非常强大的吸引能量;在强大作用力的驱动下，离子转
弯并进入转换电极。
高能量离子撞击转换电极内表面，生成的电子穿过转换电极，在运
动过程中撞击表面，并生成越来越多的电子。
这种电子束脱离转换电极后，荧光屏上存
在+5.4KV高电压。
电子在一次加速后进入荧光材料，在荧光材料的另一侧生成光子。
这些光子被光电倍增器探测到，转换成电子后又被倍增。
形成的电子流经过前置放大器
放大，数字化后再由软件阅读。
这种检测方法相较于利用电子倍增器的检测方法，其优势在于不会有任何化学材料接触
到倍增放大器，因此不会造成其污染。
此外，无论离子质量如何，它所生成的光子之质
量均相同，因此在不影响调谐完整性的情况下亦能调节光电倍增器电压。
气相色谱质谱联用仪维护
一、日常维护
日常保养维护主要也就在载气（有米有气）,进样口,玻璃衬管（脏了）,进样垫（针扎胡多了变成碎削）,0型环（表面是否有损坏）,色谱柱（色谱峰型是否正常）.
1.载气
1.1检查钢瓶压力.像我们实验室就规定载气压力在3mpa的时候就必须对气体进行更换,因为你不能把所有的载气都用完,气体压力不断减少的过程中你会发现测试标液图谱会变得越来越差,因为有杂质气体干扰.
1.2检查真空状态.查看真空规,发现真空是否异常,这个异常是针对你平时记录的一个值做比较,像上次我就遇到过一次.
1.3查看图谱来发现真空是否异常,这个就按照1.1所说的那样.
2.进样口
2.1进样垫片在自动进样150次或手动进样50次时就开始换新的进样垫片.
2.2玻璃衬管在自动进样150次后也需要进行更换.这里需要特别强调的是玻璃棉的装填,要分布均匀,装的位置也要有一定的要求.玻璃衬管的清洗在上述地方有叙述这里不在重复.
2.3另外你可以在每天测试前先对标液进行检核,判断它的保留时间、面积的重现性是否有变化.如果有而且变化很大,这个时候你可以试者更换玻璃衬管,进样垫.之后你会发现会好很多.如果那样还实在不行,就需要对仪器进行大清洗（清洗离子源,调机）
3.色谱柱
这个的维护判断的标准就是你在测试的时候是否出现鬼峰,峰是否拖尾,保留时间&积分面积是否有显着性的变化等.如果有出现上述状况,第一可以在清洗离子源的时候对柱头进行切割,把前面一段脏的部分去掉;第二可以把管柱进行老化,注意此时的老化不同于新柱子,老化的时间最好控制在2h之内最好.
4.其他
4.1清洁仪器整机,确保无有机试剂残留）无污渍
4.2检查洗液瓶&废液瓶放置正确并且洗液充足）干凈,废液已倾倒
4.3检查自动进样器&转盘是否运转正常
4.4仪器连接纤是否有脱落
二（周保养（含两周一次,周保养于每周五下午完成,可与当次日保养合并作业）
2.1每周检查空气滤网,如有污脏须清洗并更换之.这个清洗可以用细节精清洗,用自来水冲洗,纯水冲洗,烘干再装回去.
2.2每周检查氦气的压力,如钢瓶的压力<3Mpa,须更换之.
三.月保养（于每月最后一个周五下午完成,可与当次周保养合并作业）
3.1每月检查真空油泵液位:
真空油泵油面位于标示刻线范围内（上限和下限中间即可）.真空油泵油更换:
关掉仪器（GC-MS）把泵连接的仪器的管子拔掉,倒出用国的油,换上新的,开泵让它运转,倒掉重复几次就可以了.
3.2每月清洗离子源一次,必要时将进样口处柱头去2cm~3cm.
我们在每次进行离子源操作时需要戴清洁的无粉手套，用丙酮（或甲醇）清洗所用工具以防污染,在拆离子源的时候要特别小心,不要用过大的力气,所有的东西都要轻拿轻放,千万不要触碰灯丝,我上次一不小心把灯丝给压断了;取下的部件放置在合适的位置尽量交叉避免污染。
将部件放入洁凈的烧杯,倒入丙酮或甲醇（分析纯以上），超声波清洗，最后烘干。
四（年保养（含半年保养）
4.1真空泵油须半年更换一次.
4.2石英衬管O-ring约1年更换一次.
4.3气体纯化管约一年更换一次.
我们实验室是跟PE签定合同的每半一次年会给我们进行大保养.每次过来的时候都会检查这个,是否还能用.另外我们自己也可以去判断到底能不能用.
只要你买回来的气体纯度很高&环境条件基本不变,纯化管一般可以用很久的,我们实验室都两三年米有换了,效果还是不错的.
三.总结
工作三年来用的仪器也还是蔓多的比如MW,EDX,ICP-OES,IC&GC-MS,给我的感受就是你对仪器好,它就会对你好.平时操作的时候按照规定要求去做并且懂得一些基本的维护保养知识,就可以极大的避免了仪器的一个损坏.平时多留留心,把不正常的现象,以及你解决的方式&效果写出来,这对你解决仪器维护与维修都会有好的帮助
附;我们实验室的一些异常故障总结
1.检核标液至6分钟时ms突然断线，无图谱信息，灯丝无法关闭，软件也无法正常关闭，重启计算机和ms后ms仍然无响应，提示错误:
网线被拔出
样品测试之11min左右时无图谱信息，网络数据包有传送和接收数据，但连接状态处于灰色未连接状态，查看网络接口与主机连接处，上面的红色指示灯亮，下面闪烁红色指示灯不闪烁，摇动网先后时有闪烁，但无法稳定连接，计算机联机控制也显示断开状态，计算机反映很慢，类似中了病毒
解决:
重新启动仪器,恢复正常后又尝试断开网络然后重新联机，发现计算机反应非常迟钝，几乎不能正常操作，有中病毒的迹象，也无法强行关闭计算机，等待长时间后（10分钟左右），计算机才自行执行先前的关闭等任务。
PE工程师于超前来维修，于工判断可能为系统兼容性问题，且系统程序过多，因无法安装SP2系统，仍使用原系统，但更新BIOS设置，重装软件，因断线为偶然错误.
2.察看图谱时发现测试的样品图谱为空白，之后的一个样品的图谱也只是一条很粗的基线，看不见样品图谱，寻找原因，无任何错误信息提示，仪器仍在进行测试，但是灯丝熄灭。
解决:
测试时,当溶剂延迟过后,手动打开灯丝，样品图铺正常.
3.时仪器报错:
“ERROR80ATA:
=Initializationerroronautosamplermechanism”，仪器停止测试，GC控制面板提示无瓶子;上班后检查进样位子有瓶子，且高度何其他一致，正常;关闭错误信息后开始测试，但进样塔发出“嘟嘟嘟”的被卡的声音，且GC控制面板提示:
"A/scontrolerrorsyringeerror",仪器无法测试
解决:
开启进样塔检查进样针，发现进样针顶端的卡锁被弹起，进样针处于松弛状态;将卡锁锁下，让进样塔运行“park”,且进行洗针动作，观察其运行，正常;接着重启软件开始测试，仪器运行正常
4.仪器正在测试8P,当测试至6:
30分钟时灯丝突然熄灭，图谱信息中断，此时测试人员正在察看其他图谱，未开启Tunepage叶面，非认为关闭灯丝
解决;察看无任何错误信息体提示，手动开启灯丝,灯丝开启后可正常采集图谱信息.原因分析可能使用操作过快导致软件出现异常
5.11/8„10早晨上班,准备打开灯丝查看仪器气密性,发现打不开灯丝（点击灯丝无反应），经确认为MS联机断开
解决;1.重启软件及计算机，无法连接;
2.重新插拔网络连接线，测试网线导通，更换计算机确认，无效;
3.咨询PE工程师，确认IP地址，IP由:
64.1.1.1,255.255.0.0变更为:
169.254.103.96,255.
255.0.0IP错误，后更正后MS联机正常
6.连续几天换洗榇管后发现真空度从1.8*10-5掉至2.5*10-5左右，打开灯丝发现明显漏气
解决:
打开烘箱们，拎紧柱尾螺丝发现起毛，滑丝。
拎紧其大螺丝真空恢复至正常，管住有残余空气，调高烘箱温度，进样口温度大约10分钟左右后,恢复至正常.
7.测试时突然出现“anerrorhasoccurredstartingthegccomponentreason:
turbochromfaildtoregister
GC-MS月保养时,装机抽真空时GC界面突然出现"fatalerrorinstrumentshutdown
ovennoheat"
仪器界面出现BACKLOG.
仪器开始测试时界面始终停留在settingup，但是有图谱，关闭软件MS无响应
解决:
关软件，重新启动GC&MS,过连仪器测试正常,无明显异常.
1、在论坛里看到有网友说他们清洗检测器、四级杆，很是好奇（头次听说），请教他们清
洗的方法如何，但没回音。
请教斑竹:
检测器、四级杆能否清洗,如何清洗
检测器，一般只要用棉球沾溶剂擦拭即可。
四级杆用二氯甲烷浸泡半个小时即可，不过四级杆没有厂家的允许建议不要自己操作。
多谢疯子哥的指教。
请问:
检测器用棉球沾什么溶剂擦拭?
怎么干燥,四级杆用二氯甲烷清洗后怎么干燥,
一般溶剂都用二氯甲烷，不过你用正己烷亦可，无需干燥，稍微让其挥发干净就好，就是你擦完或浸泡完，半个小时就可以开机了。
。
。
其他一切正常。
2、求问如何清洗离子源,
先用氧化铝打磨，然后用纯净水洗去氧化铝，换水超声，然后分别用溶剂超声，为了清洗干净，建议用不同极性的溶剂都超声一遍，例如:
先用甲醇超声5-10分钟，倒掉换丙酮5-10分钟，再换正己烷。
。
烘干即可。
3、我有两个问题想像您咨询:
1.气质联用仪的重现性不好，问题主要在哪里，是质谱除了问题还是气相出了问题,该如何解决,
2.气质在测有些物质的时候检出限常常变化，例如在测TBBPA的时候，有时候10ppm的能做出峰来，有时候10ppm的又没有响应,
盼回复，谢谢老师～～
1.这个问题是目前气象色谱质朴测试的一个问题，主要还是因为在进样的时候样品的复杂程度，称冠的装填，隔垫的更换，只要哪一快变化仪器的测试状态都会变化。
所以我们每天遇见要出准确数值的样品总是跑标液，稳定性非常不好，比IC差多了,ic一个检量线可以用一个月好点的可以撑两个月。
那如何避免,重现性不好那就是仪器出新状况，你可以试着
1.1更换称冠隔垫，再测试，而且还不能立即测试，可以跑几个空白让仪器稳定稳定再测试，这个可以解决你的问题。
1.2实在不行那就要考虑到你离子源这一块什么时候维护，四级杆什么时候清洗。
管柱隔用一段时间之后可以把柱头切割一点
1.3测试复杂样品过后对柱子会有一定影响（或者高浓度物质），你可以测试几个空白跑跑柱子再测试。
1.4注射器污染。
可以多洗几次针，多用几次溶剂洗针这个在仪器参数哪一快可以更改
1.5标液的保护。
你比如说标液测试几次过后，隔垫被扎，会有空气进入，里面的有机溶剂也会变少从而使得标液浓度变高。
所以每次使用玩后立马换隔垫，然后放冰箱保存。
下次用的时候先提前半小时那出来使温度恢复到常温即可上机测试。
1.6漏气。
本底干扰，检查漏气点维护
2.检测限这一块，我遇见的和你一样的问题。
这里和上面说的一样的做法。
检测不出来说明哪里需要维护，一般换换称冠，隔垫。
4、质量分析器
1.质量分析器的种类主要四极杆,磁质谱,飞行时间,离子阱等.根据其种类从而分成了四级杆质谱，飞行质谱，离子井质谱，核磁共振。
核磁共振是另外一种仪器，不是质谱仪的一个种类。
磁质谱是质谱仪的一种，而且是高分辨质谱。
而核磁共振不是质谱。
5、怎样清洗自动进样器的进样针,
可以把针拿下，拔出里面那个推得东西叫啥我米想起来了，用甲醇来回擦拭，里面用甲醇多洗几次，然后装进去用溶剂洗洗即可
看多脏了，不脏就直接用溶剂抽插，如果较脏，完全可以抽出来超声，不过这会影响气密性。
6、进样系统如何做到定量,
这个不像液相有六通阀，这个量主要靠进样针，不管分流不分流，只要你进的量一致，这个得出的结果我强制的认为他是一个值。
例如:
我进5ppm，我进1微升，响应值是10000，我规定为是5ppm;如果我进0.5微升我一样可以规定为5ppm。
因此只要我们保证进样品的方式跟标样的方式相同即可。
这也是为什么说GC外标不准的原因，内标准确，因为可以排除进样量不同引起的误差。
7、安捷伦的仪器，地方在我们不同的两个分厂存放，一个购买了有一年半了，一个购买了几个月。
最近我们发现刚购买的这一台在测多溴联苯醚的时候的峰面积比买的久的那一台低很多，如5ppm的标液峰面积只有几百。
多溴联苯这一块其实我也很无奈。
按照标准我的方法检测限5mg/kg那么我换算到样品中区我每天检核的标液应该是0.125mg/l这个浓度可以说是相当的地，根据日常测试经验，这个根本做不到。
另外根据业界多溴的管控标准1000mg/kg相比于我们的管控算是很高了所以每天我们只检核1mg/l十嗅联苯醚，如果其SIM面积中799低于50那么立刻换衬管或者保养仪器。
这样你测试的时候通过SIM只要有就能扫到。
另外在侦测极限附件，你可以判定为N.D.因为在那一段测试数值不准确，重现性非常差。
对于你说的两个仪器，一个新的一个旧的，标液峰面积低，这个原因的话，你可以试图对新仪器进行维护下，单凭新旧程度很难判定。
因为样品的复杂程度，仪器测试的状态这个都不好说。
所以根据自己的QC，只要符合即可。
你可以对两地进行测试比对，比如忙样经行比对，看看它的一个数值的偏差，来评价
8、那全二维飞行时间质谱是怎么回事啊,
答1:
飞行时间质谱的原理应该是所有质量分析器里最简单的，就是两个电板加了电压，电子从中间穿过，由于QU不等，导致飞行的距离不同，从而跟据不同的距离定性。
答2:
“飞行时间”顾名思义是飞行同样的距离用的“时间”不同，而不是飞行的距离不同。
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