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干貨 丨 GCMS的那些事兒

更新時間:2021-05-24      點擊次數:2540

《明朝那些事兒》以不失雅趣的通俗話語,將大明王朝波云詭譎的276年史詩畫卷呈現給讀者,讓人讀罷酣暢淋漓。今天,小編整理了一篇《GCMS的那些事兒》,以問答的形式給大家分享在GCMS使用過程中遇到的一些問題,一起來看看吧!

圖片
 
01
 
Q EI離子源為什么常使用的電離能量是70eV?
A
 

答:對于EI離子源,我們知道常使用的電離能量為70eV,包括標準的質譜數據庫收集的幾十萬張化合物的質譜圖都是在70eV的EI離子源下生成的。下面就來說明一下,首先我們通過一個分子量為88的化合物質譜圖與離子源電離能的關系,看看不同電離能下,化合物的質譜圖有何區別,質譜圖如下:

該化合物的分子離子峰為m/Z 88,當電離能增大時,可以看到,分子離子峰的強度減弱,而子碎片離子,諸如:m/z 43、60、70則相應增強,因此說明電離能增大時,分子離子峰發生了碎裂,生產出來了更小的碎片離子。

   我們知道一般的化合物的電離能在10eV,當電離能越大時,產生的碎片也就越豐富,那么電離能與電離有什么關系呢,請看下圖:

可以看出,當電離能增大時,化合物的電離效率也隨之增大(縱坐標),當電離能達到70eV時,化合物的碎片產生趨于穩定,也就是各碎片的相對豐度趨于穩定,在此條件下獲得的譜圖重現性最好,因此指紋譜都是在70eV下獲得的。

有的GCMS儀器,其離子源的電離能大小是可調的,我們知道70eV的電離能實際是一種很“硬電離”技術,目的是將化合物*打碎,那么如果我們降低離子源的電離能,雖然犧牲了重復性,但是可以盡量減少分子離子峰的碎裂,在標準的70eV的電離能下某些化合物的分子離子峰非常不明顯,而降低電離能,有利于發現目標物的分子離子峰,對于未知物的分子量的確定有重要意義,有類似于CI離子源獲得譜圖信息的效果,便于化合物結構的鑒定。

 

 
02
 
QGCMS為什么需要真空的環境?
A
 

答:質譜檢測的是氣相離子,離子從離子源到達檢測器不能偏離正常的軌道,為了精確地控制離子的運動軌跡,保證離子束的良好聚焦,得到應有的分辨率和靈敏度,需要限制影響離子運動的各種因素,其離子運動,與電場、磁場、溫度、壓強有關,壓強大,氣體密度大,離子與分子的碰撞概率高,使得離子偏離正常的軌道,只有在較低的壓強下,離子才有足夠的平均自由程飛向檢測器,(平均自由程,是離子運動時,不發生相互作用的距離,壓強越低,自由程越大,飛行過程中就越不受到其他分子干擾),如果分子與離子發生了碰撞,離子碎片就變得復雜,它就不是簡單的化合物裂解的特征碎片,而是一些反應碎片,而化學反應的復雜性,就導致了通過碎片信息能獲得分析化合物的復雜性,另外,也會使得獲得譜圖的重現性變差,因此真空度對于獲得關鍵、準確的化合物信息以及精確的定量分析,是至關重要的。

 

 
03
 
Q自動調諧時為什么要看m/z 69、 219、502的豐度比,絕對強度,半峰寬,同位素豐度?
A
 

答:對于GCMS的調諧,主要是通過調節離子源、質量分析器、檢測器的各個參數,以期獲得需要的分辨率、靈敏度、準確的質量測量以及正確的離子豐度,并且了解儀器狀態是否正常,滿足我們分析檢測的性能指標。對于GCMS(四極桿質譜),常用到的調諧物質為全氟3丁胺,因為其容易揮發,穩定性好,碎片質量范圍寬,僅有13C和15N同位素,以下是全氟3丁胺的EI標準譜圖:

通過觀測涵蓋低、中、高三個質量寬度離子碎片的的離子豐度,來觀測儀器是否正常,是否可以達到正常的分辨率及靈敏度,并判斷儀器狀態,及質量測定的準確性如何,以下是對自動調諧的判斷:

1.峰型是否平滑對稱,半峰寬大小,同位素峰是否出現及其比例是否正確,以此來確定儀器的分辨率是否合適。

2.基峰m/z 69的強度(至少接近107),反應了儀器的靈敏度,可以通過觀測其絕對強度,判斷儀器是否達到了檢測要求的靈敏度。

3.m/z 219及m/z502的相對豐度應該為m/z69(基峰)的40%以上和2%左右。

4.若推斥極電壓和倍增器電壓偏高,說明離子源比較臟。

5.關注本底峰,如:m/z 18、28、32、44的強度,及相對豐度,判斷儀器是否漏氣或者收到污染。

 

 
04
 
Q分子離子峰反應了化合物的分子質量,對于初步確定可能的化合物結構非常重要,那么怎么確定分子離子峰呢?
A
 

答:有機化合物在一定能量的電子轟擊下,失去一個電子,形成一個帶正電荷的分子離子,在EI譜圖中,80%的化合物可以看到分子離子峰,只有少數的化合物觀測不到明顯的分子離子峰,分子離子峰提示出了化合物的準確分子量,如果使用高分辨質譜,還能提供精確的分子量,精確的分子量從而確定了可能的化合物的分子式,那么怎么判斷分子離子峰呢?

形成分子離子峰必須滿足以下三個條件:

1.在質譜圖中(扣除空白)是最高質量的離子

2.必須是一個奇電子離子

3.在高質量區,他能合理的丟失中性碎片而產生重要的碎片離子

因此可以通過如下判斷分子離子峰:

1、在質譜圖中,分子離子峰應該是最高質荷比的離子峰(同位素離子及準分子離子峰除外)。

2. 分子離子峰是奇電子離子峰。

3. 分子離子能合理地丟失碎片(自由基或中性分子),與其相鄰的質荷比較小的碎片離子關系合理。即在比分子離子小4~14及20~25個質量單位處,不應有分子離子峰出現。

 4. 氮規律:當化合物不含氮或含偶數個氮時,該化合物分子量為偶數;當化合物含奇數個氮時,該化合物分子量為奇數,運用N規則有利于分子離子峰的判斷和分子式的推斷,經過元素分析確定化合物含有N元素后,若高質量區的離子質量不符合N規則,則表明該某個離子一定不是分子離子。

5.高質量區的重要離子加和一些可能的中性碎片,其分子量和最高的分子量的碎片相對應,通過反推法,確定某離子是不是分子離子。

6.碎片離子的元素組成(高分辨質譜確定),一定包含在分子離子峰的元素組成內,若不能匹配,則不是分子離子峰。

7.對于分子離子峰不出現或者很低,可以使用CI或者降低EI的電離能,相對改成較軟的電離方式,以使得分子離子峰顯現。

8.得不到穩定的分子離子峰,可以通過衍生化,如:通過乙酸酐、酰氯等衍生化,使得化合物有穩定的衍生化的分子離子峰,去掉衍生化物的分子量,來反推化合物的分子量。