氣質聯用儀是指將氣相色譜儀和質譜儀聯合起來使用的儀器。

質譜法可以進行有效的定性分析，但對復雜有機化合物的分析就顯得無能為力；而色譜法對有機化合物是一種有效的分離分析方法，特別適合于進行有機化合物的定量分析，但定性分析則比較困難。因此，這兩者的有效結合必將為化學家及生物化學家提供一個進行復雜有機化合物高效的定性、定量分析工具。像這種將兩種或兩種以上方法結合起來的技術稱之為聯用技術，將氣相色譜儀和質譜儀聯合起來使用的儀器就叫做氣質聯用儀。

氣質聯用儀被廣泛應用于復雜組分的分離與鑒定，其具有GC的高分辨率和質譜的高靈敏度，是生物樣品中藥物與代謝物定性定量的有效工具。

質譜儀的基本部件有離子源、濾質器、檢測器三部分組成，它們被安放在真空總管道內。接口由GC出來的樣品通過接口進入到質譜儀，接口是氣質聯用系統(tǒng)的關鍵。

按質量分析器的工作原理可分四極桿氣質聯用儀離子阱氣質聯用儀、飛行時間氣質聯用儀、傅里葉變換氣質聯用儀等。其主要由以下部分組成：色譜部分、氣質接口、質譜儀部分(離子源、質量分析器、檢測器)和數據處理系統(tǒng)。

? 色譜部分

和一般的色譜儀基本相同，包括柱箱、氣化室和載氣系統(tǒng)。除特殊需要，多數不再裝檢測器，而是將MS作為檢測器。此外，在色譜部分還帶有分流/不分流進樣系統(tǒng)，程序升溫系統(tǒng)，壓力、流量自動控制系統(tǒng)等。

色譜部分的主要作用是分離，混合物樣品在合適的色譜條件下被分離成單個組分，然后進入質譜儀進行鑒定。色譜儀是在常壓下工作，而質譜儀需要高真空，因此，如果色譜儀使用填充柱，必須經過一種接口裝置-分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質譜儀。如果色譜儀使用毛細管柱，因為毛細管中載氣流量比填充柱小得多，不會破壞質譜儀真空，可以將毛細管直接插入質譜儀離子源。

? 氣質接口

GC到MS的連接部件。最常見的連接方式是直接連接法，毛細管色譜柱直接導入質譜儀，使用石墨墊圈密封(85%Vespel+15%石墨)，接口必須加熱，防止分離的組分冷凝，接口溫度設置一般為氣相色譜程序升溫最高值。

? 質譜儀部分

一種通用型的檢測器，又是有選擇性的檢測器。它是在離子源部分將樣品分子電離，形成離子和碎片離子，再通過質量分析器按照質荷比的不同進行分離，最后在檢測器部分產生信號，并放大、記錄得到質譜圖。

1、離子源

其作用是接受樣品產生離子，常用的離子化方式有：

(a)電子轟擊離子化(electron impact ionization，EI)

最常用的一種離子源，有機分子被一束電子流(能量一般為70eV)轟擊，失去一個外層電子，形成帶正電荷的分子離子(M+)，M+進一步碎裂成各種碎片離子、中性離子或游離基，在電場作用下，正離子被加速、聚焦、進入質量分析器分析。本法不適合于高分子量和熱不穩(wěn)定的化合物。

特點：

- 結構簡單，操作方便；

- 圖譜具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供較多信息，對化合物的鑒別和結構解析十分有利；

- 所得分子離子峰不強，有時不能識別。

(b)化學離子化(chemicalionization，CI)

將反應氣(甲烷、異丁烷、氨氣等)與樣品按一定比例混合，然后進行電子轟擊，甲烷分子先被電離，形成一次、二次離子，這些離子再與樣品分子發(fā)生反應，形成比樣品分子大一個質量數的(M+1) 離子，或稱為準分子離子。準分子離子也可能失去一個H2，形成(M-1)離子。

特點：

- 不會發(fā)生象EI中那么強的能量交換，較少發(fā)生化學鍵斷裂，譜形簡單；

- 分子離子峰弱，但(M+1) 峰強，這提供了分子量信息。

(c)場致離子化(fieldionization，FI)

適用于易變分子的離子化，如碳水化合物、氨基酸、多肽、抗生素、苯丙胺類等。能產生較強的分子離子峰和準分子離子峰。

(d)場解吸離子化( field desorption ionization，FD)

用于極性大、難氣化、對熱不穩(wěn)定的化合物。

(e)負離子化學離子化(negative ion chemical ionization，NICI)

在正離子MS的基礎上發(fā)展起來的一種離子化方法，其給出特征的負離子峰，具有很高的靈敏度(10-15g)。

2、質量分析

其作用是將電離室中生成的離子按質荷比(m/z)大小分開，進行質譜檢測。常見質量分析器有：

(a)四極桿質量分析器(quadrupoleanalyzer)

由四根平行圓柱形電極組成，電極分為兩組，分別加上直流電壓和一定頻率的交流電壓。樣品離子沿電極間軸向進入電場后，在極性相反的電極間振蕩，只有質荷比在某個范圍的離子才能通過四極桿，到達檢測器，其余離子因振幅過大與電極碰撞，放電中和后被抽走。因此，改變電壓或頻率，可使不同質荷比的離子依次到達檢測器，被分離檢測。

(b)磁式扇形質量分析器(magnetic-sector massanalyzer)

被電場加速的離子進入磁場后，運動軌道彎曲了，離子軌道偏轉可用公式表示:當H，V一定時，只有某一質荷比的離子能通過狹縫到達檢測器。特點是分辨率低，對質量同、能量不同的離子分辨較困難。

(c)雙聚焦質量分析器(double-focusing massassay)

由一個靜電分析器和一個磁分析器組成，靜電分析器允許有某個能量的離子通過，并按不同能量聚焦，先后進入磁分析器，經過兩次聚焦，大大提高了分辨率。

3、離子阱檢測器(iontrap detector)

原理類似于四極分析器，但讓離子貯存于井中，改變電極電壓，使離子向上、下兩端運動，通過底端小孔進入檢測器。

檢測器的作用是將離子束轉變成電信號，并將信號放大，常用檢測器是電子倍增器。當離子撞擊到檢測器時引起倍增器電極表面噴射出一些電子，被噴射出的電子由于電位差被加速射向第二個倍增器電極，噴射出更多的電子，由此連續(xù)作用，每個電子碰撞下一個電極時能噴射出2~3個電子，通常電子倍增器有14級倍增器電極，可大大提高檢測靈敏度。

? 數據處理系統(tǒng)

為了質譜儀器的正常工作，必須要組成高真空系統(tǒng)的真空室。儀器使用了高性能的渦輪分子泵與前級真空泵構成兩級真空機組以確保所需的真空。被分析樣品經毛細管柱分離，進入離子源。采用電子電力標準配置(EI)，產生正離子，在推斥、聚焦、引出電極的作用下將正離子送入四極桿系統(tǒng)。四極桿在高頻電壓與正負電壓聯合作用下形成高頻電場，在掃描電壓作用下，只有符合四極場運動方程的離子才能通過四極桿對稱中心到達離子檢測器，再經離子流放大器放大，產生質譜信號。得到了質譜圖，通過解釋譜圖或進行譜庫檢索以識別未知樣品的組成。

典型的氣質聯用儀系統(tǒng)如下圖所示，待分析樣品通過載氣(氫氣或氦氣)經過GC色譜柱得到初步分離，從色譜柱流出的各組分經過GC-MS接口模塊傳輸進入MS模塊的離子源單元，在這里各組分被離子化形成離子，進而被MS模塊中的質量分析分析，分析獲得的數據由GC-MS平臺的數據處理模塊進行處理、顯示，并進行數據庫搜索和比對。整個分析過程所涉及到的流程處理順序均由GC-MS平臺的儀器控制模塊進行控制和協調。

氣質聯用儀操作方法

? 載氣系統(tǒng)

1、載氣體的使用

氣體純度必須達到99.999%，并使用專用鋼瓶灌裝，載氣純度不夠或剩余的載氣量不夠時，會造成m/z28譜線豐度過大，根據所用載氣質量，當氣瓶的壓力降低到幾個MPa時，應更換載氣以防止瓶底殘余物對氣路的污染。

2、載氣凈化

一般載氣進入色譜前都需經過凈化，除去載氣中的殘留烴類化合物、氧、水等雜質，以提高載氣的純度，延長色譜柱使用壽命，減少色譜柱固定相流失，而且很大程度地降低背景噪音，使基線更加穩(wěn)定。

建議安裝一個高容量脫氧管和載氣凈化器或使用復合型載氣凈化管。凈化裝置應及時更換，脫氧管使用時間過長，吸附的氧氣會隨著載氣進人儀器，導致m/z32的譜線豐度過大。市售的脫氧管通常會用氮氣進行飽和，安裝時，必須用氦氣將脫氧管內和管線里的氮氣吹掃干凈，再接至儀器上。

? 質譜真空泄漏的確認及檢漏

1、確認泄漏

質譜真空是否出現空氣泄漏，可從壓力和空氣/水的背景圖譜進行判斷。如果儀器達到穩(wěn)定狀態(tài)，一般情況下當柱流速為1ml/min時，前極壓力應小于50mTorr，離子規(guī)壓力小于7e-5Torr，如果壓力過大，則可能有泄漏；m/z18，28，32和44是空氣/水的特征峰，空氣/水的背景圖譜正常情況下；如果m/z28的峰遠高于m/z18峰，且與m/z32峰的比例符合空氣中氮氣和氧氣的比例，則可以判斷有小漏；如果，m/z28，32兩峰異常高，總離子流強度超過10的8次方，則漏氣嚴重，此時要立即關掉燈絲，否則會造成燈絲斷掉。

2、檢漏

鋼瓶及氣體管線的檢漏以Snoop測漏液檢查每個管線接點，特別注意鋼瓶頭部分。每換一次氣體鋼瓶，必須以Snoop測漏液全面檢查鋼瓶及進氣口接點，確保鋼瓶與進氣管線沒有漏氣。將鋼瓶打開，調整至一定壓力，關閉氣相色譜儀進樣口的壓力，關閉氣瓶的總閥，開啟分壓閥，若有漏氣，一段時間后分壓表的壓力會有明顯的下降。定時察看壓力表(每小時)和壓力降低情況，可由此查知氣體主管線是否漏氣。

GC部分的檢查，其空氣泄漏通常會發(fā)生在內部的載氣管接頭、隔墊定位螺母、柱螺母等位置。可用適量的丙酮涂抹上述位置，每次一個位置，先后順序依照離MS部分由近及遠的原則。在適當的時間后，觀察背景圖譜中的峰圖，若m/z58和m/z43處出現一個陡峭的、顯著的攀升，說明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。

MS部分的檢查，可以使用下述方法確定泄漏是在GC中還是MSD中：

先觀察空氣/水的背景圖譜，然后將氣質聯用儀所有加熱區(qū)冷卻后，取下色譜柱與GC進樣口連接的一端，用一個廢隔墊堵住色譜柱端口，等待15-20min，再一次觀察空氣/水的背景圖譜，如果二者基本相同，則泄漏存在于MSD中或GC/MSD傳輸線末端的色譜柱螺帽處；如果結果顯著不同，泄漏存在于GC部分。

在MSD中查找空氣泄漏的方法與GC部分類似，在可能發(fā)生泄漏的位置涂抹丙酮，每次一個位置，總是從近被打開過的密封裝置開始，這是有可能發(fā)生空氣泄漏的地方。在涂抹完一個位置后，觀察背景圖譜中的峰圖變化加以判斷。MSD部分空氣泄漏比較容易出現在傳輸線末端的色譜柱螺帽處，此處由于柱箱溫度反復變化，有可能會造成松動；另一方面，在裝毛細管柱時，螺帽不可以擰得太緊，否則容易把石墨圈壓碎，造成漏氣，一般情況下用手擰緊，再用扳手擰四分之一圈即可。

? 進樣系統(tǒng)

1、進樣隔墊

應使用高品質低流失及耐高溫的進樣隔墊，更換進樣隔墊時先將柱溫降至50℃以下，關掉進樣口溫度和流量氣相色譜儀具備漏氣保護功能，如果流量不關閉，當旋開進樣口螺帽時，大量載氣漏失，氣相色譜的所有加溫部分會自動關閉，需重新開機才能開啟。隔墊更換時，注意進樣口螺帽不要擰得太緊，否則隔墊被壓緊，橡膠失去彈性，針扎下去會造成打孔效應，縮短進樣墊使用壽命。后做漏氣檢測“l(fā)eakcheck”，如果螺帽旋至合適，儀器會顯示：“l(fā)eakcheckpassed”。

進樣隔墊應視情況及時更換微量漏氣不易查覺，一般來說微漏可造成目標分析物出峰提前，因為爐溫較高時空氣中的氧氣會氧化色譜柱固定液，使固定液流失加大，降低柱效，但要通過長時間比較才能發(fā)現；相對的大量漏氣則會造成保留時間的延長。一般自動進樣約100針后即應更換進樣墊，手動進樣還要少一些，視進樣技術而定。

2、襯管及石英棉

襯管應視進樣口類型、樣品的進樣量、進樣模式、溶劑種類等因素來選用。尤其是分流不分流襯管，注意不要混用，安裝時上下不要裝反。其潔凈度直接影響到儀器的檢測限，應注意對襯管進行檢查，更換下來的襯管如果不太臟可以用無水甲醇或丙酮超聲清洗，取出烘干后繼續(xù)使用；太臟則需先用清潔劑再用溶劑清洗，然后對襯管進行硅烷化處理后再度使用。

石英棉應使用硅烷化處理過的，這種石英棉一般較未處理過的細而脆，未處理過的石英棉對分析物特別是極性化合物吸附嚴重，需進高濃度的目標物達吸附飽和后才可分析樣品。使用過的石英棉應丟棄，不能重復使用。

? 色譜柱

1、選擇與老化

色譜柱的選擇一般從固定液的類型、長度、口徑和膜厚四個方面考慮，毛細管色譜柱的固定液分非極性、弱極性、中等極性和強極性，色譜柱固定液的極性越高，其溫度使用上限越低，隨柱溫的升高固定液流失程度也越大，選擇固定液的原則一般是能用極性低的則盡量不選用極性高的；柱長則能用短柱解決的就不用長柱；小口徑色譜柱較大口徑有較好的分離度，峰形與靈敏度也都好，但口徑小了柱容量也小，應視分析要求而定；固定液膜較厚的可以承受較大的進樣量，分離同分異構體，比薄膜者有較好的分離度，但柱流失也較嚴重，其實際操作的溫度也較薄膜者低。

新購毛細管商品柱(如DB系列的毛細管柱)一般出廠前已老化好，所以使用前一般不需要長時間老化，新柱老化一般不接質譜或其它檢測器，設定一個程序升溫程序走兩至三次就能滿足分析需要，其中程序升溫程序的起始溫度要低，一般設為50℃，溫度可選擇低于柱使用溫度上限30℃或在平時使用的溫度，升溫速率要慢，一般設為5℃/min。舊柱老化時可接質譜或其它檢測器，程序升溫的溫度可比平時使用的溫度高一些，但不能超過柱允許使用的溫度上限。

2、使用與保存

使用時應注意說明書中標明的溫度，不能超過色譜柱的溫度上限使用，否則會造成固定液流失，還可造成對檢測器的污染。要設定允許使用溫度，如遇人為或不明原因的突然升溫，GC會自動停止升溫以保護色譜柱。氧氣、無機酸堿和礦物酸都會對色譜柱固定液造成損傷，應杜絕這幾類物質進入色譜柱。

色譜柱拆下后通常將色譜柱的兩端插在不用的進樣墊上，如果只是暫時拆下數日則可放于干燥器中。

3、安裝

應按照說明書操作，切割時應用專用的陶瓷切片，切割面要平整。不同規(guī)格的毛細管柱選用不同大小的石墨墊圈，注意接進樣口一端和接質譜一端所用的石墨墊圈是不同的，不要混用。

進入進樣口一端的毛細管長度要根據所使用的襯管而定，儀器公司提供了專門的比對工具，同樣，進入質譜一端的毛細管長度也需要用儀器公司提供的專門工具比對。柱接頭螺帽不要上得太緊，太緊了壓碎石墨圈反而容易造成漏氣，一般用手擰緊后再用扳手緊四分之一圈即可。

接質譜前先開機讓柱末端插入盛有有機溶劑的小燒杯，看是否有氣泡溢出且流速與設定值相當。嚴禁無載氣通過時高溫烘烤色譜柱，以免造成固定液被氧化流失而損壞色譜柱。

? 儀器中間狀態(tài)檢查及進樣操作時的注意事項

1、儀器中間狀態(tài)檢查

儀器狀態(tài)直接影響到分析物的檢測限、定性與定量，除了按照規(guī)定的周期進行計量檢定外，還應該定期進行期間核查，根據儀器使用情況可每季度或每月核查一次。

氣質聯用儀期間核查的內容可包括：儀器檢測限(靈敏度)、分析物保留時間的重復性(穩(wěn)定性)、數據的精密度、線性范圍等幾個方面。可通過系列濃度的有證標準物質溶液重復進樣進行驗證，質譜部分還可通過觀察校正氣FC43的特征離子是否正常確認儀器是否需要校正。通過核查證明儀器狀態(tài)良好時才能進行樣品分析。

2、進樣操作時的注意事項

氣相用定容試劑一般分子量小，易揮發(fā)，所以在整個進樣過程中，為充分保證分析結果的準確可靠，應盡可能避免溶劑揮發(fā)，確保被分析的樣品溶液濃度不變。

(a)要保證室溫盡可能恒定，使標準品溶液系列和樣品溶液系列在同樣的條件下被分析測定；

(b)自動進樣時，所用小瓶蓋墊一次性使用，用過的瓶蓋墊易造成定容試劑的揮發(fā)而使待測物濃度升高，且待測物濃度越高的樣品誤差也越大。