質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)及參數(shù)的設(shè)置 一 質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo) 質(zhì)譜儀器的整體性能同樣依賴各個組成部件的性能 和氣相色譜不同的是 一般質(zhì)譜儀器除了給出各個部件的技術(shù)規(guī)格參數(shù)外 作為儀器整體性能常給出以下幾項主要指標(biāo) 質(zhì)量范圍 包括質(zhì)量測量準(zhǔn)確度和質(zhì)量標(biāo)尺穩(wěn)定性 分辨率 靈敏度 掃描速度 項指標(biāo)主要取決于質(zhì)量分析器的類型 其中掃描速度還和計算機(jī)接口板的A D D A轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸速率密切相關(guān) 第 項質(zhì)譜靈敏度 不單是質(zhì)譜檢測器的靈敏度 而是和離子源 質(zhì)量分析器 離子透鏡系統(tǒng)的設(shè)計以及真空系統(tǒng)的配置都有關(guān)系 一 質(zhì)量測定范圍 質(zhì)量范圍通常定義為質(zhì)譜儀器能檢測的最低和最高質(zhì)量 質(zhì)量范圍取決于質(zhì)量分析器的類型 一 質(zhì)量測定范圍 因為質(zhì)譜檢測的是質(zhì)荷比 m z 而不是質(zhì)量 m 所以實際檢測的質(zhì)量取決于離子所帶電荷數(shù)z 當(dāng)z值越大 m z就越小 僅當(dāng)離子所帶電荷數(shù)z 1時 才能將質(zhì)量上 下限看成是能檢測化合物的最高 最低相對分子質(zhì)量對于z 1的多電荷離子 能在低于其相對分子質(zhì)量的m z處被檢測到 如相對分子質(zhì)量為10000的化合物 若帶10個電荷 其m z 10000 10 1000 所以質(zhì)量上限為1000的質(zhì)量分析器也能檢測相對分子質(zhì)量為10000的化合物 在LC MS聯(lián)用儀器上配置的ESI離子源 可檢測多電荷離子但目前GC MS聯(lián)用議器配置的EI CI FI 場致電離fieldionization 離子源 只檢測單電荷 z 1 離子 一 質(zhì)量測定范圍 臺式GC MS聯(lián)用儀器質(zhì)量范圍的下限通?？傻偷?0以下 但也有的大于10以上 質(zhì)量上限最高達(dá)到1200 質(zhì)量下限高 可能得不到低質(zhì)量端的特征離子 質(zhì)量上限低 則不能檢測分子量高于質(zhì)量上限的化合物分子離子 質(zhì)量范圍是儀器檔次的標(biāo)志之一 比如質(zhì)量范圍為10 400和1 1000應(yīng)是兩個檔次的儀器 一 質(zhì)量測定范圍 考察儀器質(zhì)量范圍時 還要注意全質(zhì)量范圍的離子豐度 是否存在質(zhì)量歧視 尤其是高質(zhì)量端的離子是否有足夠的豐度 可通過測定分子量較高的實際樣品進(jìn)行考察 十溴聯(lián)苯醚 C12Br10 的EI譜圖 相對分子質(zhì)量是950 在高質(zhì)量區(qū)有較強(qiáng)的特征碎片 有Br的同位素峰 可用它作性能測試樣品 一 質(zhì)量測定范圍 質(zhì)量準(zhǔn)確度 accuracy 是指離子質(zhì)量測定的準(zhǔn)確性 有兩種表達(dá)方式 1 M M計算 M測量 2 準(zhǔn)確度 100 M計算 M測量例如 計算質(zhì)量 400 0020 用高分辨測得質(zhì)量 400 0000 測量的準(zhǔn)確度應(yīng)為 M 0 0020 2mu 準(zhǔn)確度 100 0 002 400 0 0005 注意質(zhì)量測量的準(zhǔn)確度和分辨率的關(guān)系 這里的 M準(zhǔn)確度和下面將要討論的分辨率中的 M質(zhì)量差數(shù)值上可能相同 但是表達(dá)兩種完全不同的意義 不同類型儀器質(zhì)量準(zhǔn)度的典型值 一 質(zhì)量測定范圍 分辨率高可測定化合物的準(zhǔn)確質(zhì)量 但并不意味著質(zhì)量測定的準(zhǔn)確性就很高 同樣 分辨率低雖然只能測定整數(shù)質(zhì)量 但也不意味著質(zhì)量測量準(zhǔn)確性就差 a 和 b 無論高分辨或低分辨 質(zhì)量測量的準(zhǔn)確性都不好 而 c 和 d 無論高低分辨質(zhì)量測量準(zhǔn)確度都較好 高 低分辨的區(qū)別是 低分辨不能把整數(shù)質(zhì)量重疊的峰 整數(shù)質(zhì)量相同 精確質(zhì)量不同 分辨開來 只有高分辨才能分開整數(shù)質(zhì)量重疊峰 無論低分辨或高分辨在測試過程中 都必須是在全質(zhì)量范圍內(nèi)保證應(yīng)有的質(zhì)量準(zhǔn)確度 一 質(zhì)量測定范圍 注意 質(zhì)譜分析中 是以12C質(zhì)量 12C 12 000u 的1 12為一個質(zhì)量單位 對離子質(zhì)量的計算值是指組成該離子所有元素的單同位素 豐度最大的同位素 質(zhì)量之和 例如二氯甲烷 CH2C12 分子離子的質(zhì)量應(yīng)該是 12 2 1 0078 2 34 9689 83 9534而不是按周期表中的原子量計算的值 12 011 2 1 0079 2 35 453 84 9328周期表中的原子質(zhì)量定義為 給定元素的所有同位素質(zhì)量的平均值 如氯的原子質(zhì)量是兩個同位素質(zhì)量35Cl 34 9689u和37Cl 36 9659u的平均值35 453u 把周期表中的原子質(zhì)量代替單同位素的質(zhì)量帶入分子式計算化合物的分子質(zhì)量 是初學(xué)質(zhì)譜者常見的一個錯誤 這將導(dǎo)致質(zhì)量誤差 二 質(zhì)量軸的穩(wěn)定性 質(zhì)量軸 massaxis 指質(zhì)譜測定離子質(zhì)量的坐標(biāo) 亦稱質(zhì)量標(biāo)尺 質(zhì)量軸穩(wěn)定性指在一定條件下 一定時間內(nèi)質(zhì)量標(biāo)尺發(fā)生漂移的幅度 一般多以8h或12h內(nèi)某一質(zhì)量測定值的變化來表示如 0 1u 12h表示在12h內(nèi) 質(zhì)量軸平均漂移在 0 1u 質(zhì)量軸的穩(wěn)定性關(guān)系到質(zhì)量測量的準(zhǔn)確度它和儀器的性能以及儀器操作條件有關(guān) 會隨著儀器狀態(tài)和操作條件變化而發(fā)生變化 不同質(zhì)量范圍的儀器采用不同的標(biāo)樣對質(zhì)量標(biāo)尺進(jìn)行校正 二 質(zhì)量軸的穩(wěn)定性 此外 還有離子豐度的穩(wěn)定性 即在一定條件下 一定時間內(nèi)離子豐度的變化 一般不作為儀器的指標(biāo)給出 但作為檢驗儀器穩(wěn)定性能 有必要進(jìn)行考察 因為離子豐度的變化 會影響定性和定量分析結(jié)果 在許多定量分析的標(biāo)準(zhǔn)方法中 作為質(zhì)量保證和質(zhì)量控制 QA QC 要求用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行儀器標(biāo)定 例如環(huán)境中優(yōu)先監(jiān)測污染物分析方法 使用的標(biāo)準(zhǔn)物有溴氟苯 bromofluorobenzene BFB 十氟三苯基膦 decafluorotriphenylphosphine DFTPP 分析方法中規(guī)定了這些化合物離子豐度的范圍 儀器條件必須滿足規(guī)范要求 分析結(jié)果才能被接受 三 分辨率 分辨率是指質(zhì)譜分辨相鄰兩個離子質(zhì)量的能力 若兩個相鄰質(zhì)量分別為M1和M2的峰能被分辨 則分辨率可用公式R M M計算 式中 M M2 M1 M可以是M1或M2中的任一個 也可用平均值 但如果對能分辨的兩個峰重疊部分形成的峰谷高度不加限定的話 所謂兩個峰能 被分辨 的含義是不確定的 通常有兩種限定標(biāo)準(zhǔn)即兩峰形成的峰谷為峰高的10 或50 時的分辨率 三 分辨率 質(zhì)譜儀10 峰谷分辨率 質(zhì)譜儀50 峰谷分辨率 顯然10 峰谷分辨率比50 峰谷分辨率好 三 分辨率 對四極質(zhì)譜 因其在全質(zhì)量范圍內(nèi)的峰寬都相等 所以任何質(zhì)量M的半峰寬 M是恒定的 如果半峰寬分別為1 0 5 0 4時 任何質(zhì)量的分辨率R則分別為 M 1 1M M 0 5 2M M 0 4 2 5M 對質(zhì)量M 502 1M的分辨率為502 2M的分辨率相當(dāng)于1004 2 5M的分辨率相當(dāng)于1255 不同質(zhì)量分析器能達(dá)到分辨率不一樣 四極質(zhì)譜和離子阱質(zhì)譜均屬低分辨儀器 早期飛行時間質(zhì)譜也是低分辨儀器 由于一系列技術(shù)突破 目前飛行時間質(zhì)譜的分辨率已接近10000進(jìn)入高分辨儀器行列 GC MS聯(lián)用的質(zhì)譜儀器分辨率 三 分辨率 飛行時間質(zhì)譜和四極質(zhì)譜對質(zhì)量分別為556 557 558三個峰的分離情況 四極質(zhì)譜分辨率556 10 峰谷 飛行時間質(zhì)譜分辨率7000 FWHM 三 分辨率 GC MS聯(lián)用中 低分辨質(zhì)譜應(yīng)用更為廣泛 在定性分析中 低分辨EI譜有龐大的譜庫檢索 能在不到1s內(nèi)對未知物快速鑒定在定量分析中 低分辨質(zhì)譜EI CI結(jié)合選擇離子監(jiān)測 多反應(yīng)離子監(jiān)測 檢測限可達(dá)到pg或fg級高分辨質(zhì)譜的主要應(yīng)用是準(zhǔn)確質(zhì)量測定 可獲得元素組成進(jìn)行未知化合物的結(jié)構(gòu)鑒定 高分辨也具有高的選擇性 可消除復(fù)雜基質(zhì)重疊峰的干擾 用于定量分析能獲得更好的信噪比 S N 因此在二惡英和興奮劑檢測中成為重要的手段 三 分辨率 高分辨選擇離子檢測時 用精確質(zhì)量提取離子只有一個峰 S N 58 1低分辨選擇離子檢測 相同整數(shù)質(zhì)量有多個峰 S N 36 1 四 靈敏度 通常儀器靈敏度有絕對靈敏度和相對靈敏度之稱 絕對靈敏度定義為檢測器對一定樣品量的信號響應(yīng)值 按此定義其表達(dá)式如下 S I Q 式中S 靈敏度 I 信號響應(yīng)值 Q 單位進(jìn)樣量 在質(zhì)譜法中靈敏度單位表示為 C g 庫侖 微克 或C Torr 庫侖 托 即進(jìn)樣量可以是質(zhì)量 g 或壓強(qiáng) Torr 為單位 信號強(qiáng)度則以電量單位庫侖 C 表示 四 靈敏度 用直接進(jìn)樣測試儀器絕對靈敏度 分辨率1000 EI源70eV 膽固醇標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)樣量1 g 在給定氣化溫度 掃描速度下 監(jiān)測其分子離子峰m z386的信號強(qiáng)度 若在10min內(nèi)平均信號強(qiáng)度為5V 通常電子倍增器增益是106 輸入電阻為107 由此可得到以電量 庫侖 表示的離子流信號強(qiáng)度 I 10 10C進(jìn)樣量Q 1 g 靈敏度 S I Q 3 10 10C g 1Torr 133 322Pa 四 靈敏度 相對靈敏度定義為一定進(jìn)樣量獲得的待測信號強(qiáng)度 signal S 和噪聲信號強(qiáng)度 noise N 之比S N 是無量綱的數(shù)值噪聲一般是指檢測器基線的波動或漂移產(chǎn)生的背景信號 是儀器固有的電噪聲 但在實際應(yīng)用中還要考慮儀器污染 樣品基質(zhì) 色譜柱流失等多種因素產(chǎn)生的干擾信號 所謂化學(xué)噪聲對多數(shù)質(zhì)譜儀器而言靈敏度 S 和分辨率是 R 互為倒數(shù)關(guān)系 R S K 四 靈敏度 隨著分辨率提高 靈敏度會顯著下降 靈敏度是反映儀器整體性能的一項指標(biāo) 它和離子化效率 質(zhì)量傳輸效率 掃描方式 掃描速度 檢測器增益 進(jìn)樣方式等許多因素密切相關(guān) 五 掃描速度 或速率 掃描速度指質(zhì)譜進(jìn)行質(zhì)量掃描的速度 定義為每秒鐘掃描的最大質(zhì)量數(shù) Uscan dm dt 掃描速度取決于質(zhì)量分析器的類型和結(jié)構(gòu)參數(shù) 又因質(zhì)譜掃描是由計算機(jī)控制 所以掃描速度還和計算機(jī)的運(yùn)行速度以及接口的A D D A的轉(zhuǎn)換速率有關(guān)系 五 掃描速度 或速率 各類儀器典型的掃描速率 五 掃描速度 或速率 掃描速度是質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集的一個基本參數(shù) 影響質(zhì)譜的數(shù)據(jù)采集質(zhì)量 對獲得合理的質(zhì)譜圖和好的色譜峰形有顯著影響 掃描速度慢 質(zhì)譜圖中的離子豐度比將受GC組分濃度變化的影響 色譜峰形也會因為采樣點(diǎn)數(shù)不夠使峰形變壞 數(shù)據(jù)采集時需要的最低掃描速率可由下式計算 10 10 M W式中10 每一色譜峰10次掃描所需的掃描速率 10 M 10次掃描的質(zhì)量范圍 W 色譜峰寬 U U 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 1 靈敏度氣相色譜常用最低檢測限來衡量檢測器靈敏度 將標(biāo)樣組分信號強(qiáng)度為噪聲信號兩倍時 單位體積的載氣或單位時間內(nèi)進(jìn)入檢測器的組分量定義為最低檢測限 即 D 2N S式中N 噪聲 mV S 檢測器靈敏度 mV mL mL mV mL mg mV pg s D 檢測限 mg mL mg mL pg s 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 GC MS聯(lián)用儀器的靈敏度習(xí)慣上直接用信號與噪聲比 S N 來檢驗 采用一定濃度的標(biāo)樣 在一定操作條件下采集質(zhì)譜圖 選擇某一質(zhì)量離子信號峰值和某一段基線的噪聲峰值 計算它們的比值 信號峰值取所選擇的質(zhì)量離子的峰高 而基線的噪聲峰值有以下有三種不同定義 峰 峰 peaktopeak 信噪比 用某一段基線噪聲的平均高度 噪聲峰值的取法峰 半峰 halfpeaktopeak 信噪比 用某一段基線噪聲平均高度的1 2 均方根 RMS 信噪比 用某一段基線噪聲的均方根值計算 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 2 影響靈敏度的因素靈敏度既然是儀器整體性能的綜合反映 除上面提到的質(zhì)譜條件外還和色譜進(jìn)樣方式 樣品利用率 色譜分離效率有關(guān) 進(jìn)行靈敏度測試必須考慮各種因素的影響 例如不同離子源的靈敏度指標(biāo)和測試條件都不一樣在儀器驗收時 各儀器廠家都會提供靈敏度測試所需的標(biāo)樣和測試方法 欲比較不同儀器的靈敏度 只有在完全相同條件下才會有可比性 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 1 標(biāo)樣的選擇常用于GC MS儀器靈敏度測試的標(biāo)樣有硬脂酸甲酯 六氯苯 八氟萘 二苯酮等化合物 選擇的離子質(zhì)量都是化合物的分子離子為 m z298m z284 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 GC MS儀器靈敏度測試的標(biāo)樣 選擇的離子質(zhì)量都是化合物的分子離子為 m z272m z182 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 從三個化合物的譜圖特征可以看出 若選用硬脂酸甲酯 要求較苛刻 因為m z298離子豐度不高 只有基峰的10 左右 易受干擾選用六氯苯的m z284是譜圖中的基峰 有利于獲得好的信噪比 同時還可以考察同位素峰的比例目前多采用八氟萘m z272離子 也是基峰 而且譜圖相對簡單 更有利于獲得好的信噪比二苯酮的質(zhì)子親和力比甲烷或異丁烷高 易形成 M H 離子 m z183 多用于化學(xué)電離源正離子檢測模式的靈敏度測試 負(fù)離子檢測模式靈敏度測試則用八氟萘 因其電子親和力較強(qiáng) 易獲得電子而形成負(fù)離子m z272 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 2 標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液測試用標(biāo)準(zhǔn)樣品的濃度為1pg L一般廠家都會提供幾個不同濃度 1pg L 10pg L 100pg L 的標(biāo)樣 因為常需要用高濃度的標(biāo)樣摸索最佳測試條件 要特別注意不能過多使用高濃度樣品進(jìn)樣 不僅是樣品殘留和記憶效應(yīng)影響測試的真實性 而且標(biāo)樣的雜質(zhì)和溶劑不純引起的化學(xué)噪聲會反而會降低信噪比 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 3 測試條件包括進(jìn)樣方式 進(jìn)樣量 色譜柱規(guī)格 溫度條件和質(zhì)譜的離子化方式 儀器調(diào)諧 分辨率 掃描速度 掃描質(zhì)量范圍等 都應(yīng)有統(tǒng)一的規(guī)范 實際上各廠家給出的儀器靈敏度指標(biāo)的測試條件并不完全相同色譜條件上的區(qū)別主要是色譜柱 柱長多數(shù)用30m 有的用15m 升溫速率有15 min 20 min 25 min 顯然色譜柱短 升溫快 出峰快有利于提高信噪比 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 質(zhì)譜條件一般和測試的項目有關(guān) 如EI CI的靈敏度 全掃描 scan 選擇離子檢測 SIM 多反應(yīng)檢測 MRM 等的靈敏度測試條件都不相同全掃描方式主要在質(zhì)量范圍的起始質(zhì)量上有區(qū)別 如從40u 50u 200u不同起點(diǎn)開始掃描 終點(diǎn)質(zhì)量一般都在300u 由于起點(diǎn)不同 全程掃描的質(zhì)量可相差150u 顯然掃描質(zhì)量范圍越窄對靈敏度越有利分辨率 對低分辨儀器 通常用單位質(zhì)量分辨 磁質(zhì)譜低分辨用R 1000 高分辨用R 10000調(diào)諧方式對靈敏度也會有影響 如果只追求所檢測離子有最大豐度 不顧及所有離子的相對豐度比 得到的標(biāo)準(zhǔn)化合物譜圖庫檢索的匹配度會較差 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 4 信噪比的計算多數(shù)儀器的數(shù)據(jù)系統(tǒng)都有計算信噪比的應(yīng)用程序 同時給出三種定義的信噪比計算結(jié)果 非常快捷 方便 給出三個不同結(jié)果 均方根法信噪比為98 峰峰比為19 半峰比為38 可以看出結(jié)果的明顯區(qū)別 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 作為檢驗儀器性能 信噪比的噪聲峰值一般是指儀器的電噪聲 但在實際測試中 色譜柱固定液的流失 擴(kuò)散泵油蒸氣 樣品中的雜質(zhì)會使譜圖的本底增高 因此信噪比的計算結(jié)果不僅和噪聲峰值的定義有關(guān) 還和所取噪聲的位置有關(guān) 取信號哪一側(cè)基線的噪聲 取多長一段基線上的噪聲 計算結(jié)果都不完全相同 有時相差甚遠(yuǎn) 當(dāng)本底峰干擾嚴(yán)重時 均方根計算方法有明顯優(yōu)勢 或取沒有干擾峰基線位置的電噪聲計算信噪比也會較高 一般多取樣品峰兩側(cè)的噪聲峰值計算 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 3 影響靈敏度相關(guān)因素 1 質(zhì)譜分辨率對靈敏度的影響對四極質(zhì)譜 離子阱質(zhì)譜 磁場質(zhì)譜靈敏度和分辨率成反比 其它條件相同時 提高分辨率 靈敏度會降低 兩個相鄰峰的分辨率提高后 兩個峰分得更開 陰影部分 但峰高明顯減小了 在高分辨磁場質(zhì)譜的靈敏度驗收指標(biāo)中 如果分辨率1000的靈敏度為3 10 10C ug 則分辨率10000時的靈敏度為3 10 11C ug 剛好相差一個數(shù)量級 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 2 不同掃描方式的靈敏度 單四極質(zhì)譜全掃描 scan 和選擇離子檢測 SIM 方式的靈敏度比較 檢測標(biāo)樣為六氯苯 HCB 全掃描的進(jìn)樣量是2pg 選擇離子檢測的進(jìn)樣量是2fg 進(jìn)樣量相差三個數(shù)量級 從圖中m z284離子質(zhì)量色譜峰可見 選擇離子檢測的信噪比要優(yōu)于全掃描的信噪比 選擇離子的檢測限比全掃描低幾個數(shù)量級 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 對選擇離子檢測所選擇的離子質(zhì)量 當(dāng)樣品基質(zhì)較復(fù)雜時 基質(zhì)中干擾離子質(zhì)量信號比待測樣品離子質(zhì)量信號還強(qiáng) 信噪比很差 而采用MS MS多反應(yīng)檢測方式掃描 選擇性更強(qiáng) 排除了雜質(zhì)的干擾 信噪比明顯提高 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 3 不同真空條件的靈敏度指標(biāo)真空系統(tǒng)配置不同 如高真空泵的抽速和抽氣方式不同 單泵抽氣或雙泵差動抽氣 給出的靈敏度指標(biāo)也不相同 擴(kuò)散泵油蒸氣造成本底升高也會影響靈敏度 在靈敏度的測試中 如果真空達(dá)不到儀器正常運(yùn)轉(zhuǎn)要求 靈敏度也難達(dá)到指標(biāo) 在實際樣品測試中 真空狀態(tài)不好 靈敏度也會顯著下降 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 4 化學(xué)噪聲對靈敏度的影響經(jīng)常遇到新儀器使用不長時間 靈敏度顯著下降就目前儀器性能而言 電噪聲影響不是主要原因 主要是化學(xué)噪聲問題靈敏度化學(xué)噪聲來源是多方面的 除上面已經(jīng)提到的色譜柱流失 擴(kuò)散泵油蒸氣 樣品基質(zhì)外 還有載氣純度 色譜進(jìn)樣口隔墊流失 襯管污染 樣品殘留 清洗儀器用溶劑殘留 離子源和分析器污染等要獲得高的信噪比 必須最大限度地降低一切噪聲來源 離子源污染是常見的靈敏度下降的重要原因之一 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 臟的離子源譜圖噪聲明顯較高 干凈的離子源譜圖基線光滑 噪聲較低 六 靈敏度指標(biāo)及測試方法 5 調(diào)諧方式對靈敏度的影響有些儀器的自動調(diào)諧程序?qū)⑿Ｕ玫臉?biāo)準(zhǔn)樣品全氟三丁胺的m z219峰強(qiáng)度調(diào)到最大 使其相對強(qiáng)度達(dá)70 以上 接近甚至超過標(biāo)準(zhǔn)譜圖中的基峰m z69而成為基峰 這意味著提高這一質(zhì)量段的靈敏度 正好是測試靈敏度標(biāo)樣所用的質(zhì)量范圍 有利于得到高的信噪比 這種調(diào)諧方式也稱為靈敏度調(diào)諧 二 質(zhì)譜儀的主要參數(shù)設(shè)置 質(zhì)譜法是分子水平的一項分析技術(shù) 從樣品離子化到實現(xiàn)離子質(zhì)量分離和最終檢測 全過程需要控制的參數(shù)較多包括樣品導(dǎo)入 離子化條件 離子透鏡聚焦參數(shù) 質(zhì)量分離的不同掃描方式 質(zhì)量分辨能力 靈敏度 數(shù)據(jù)采集 譜圖處理和分析結(jié)果的獲得 每一步驟相互關(guān)聯(lián) 任何環(huán)節(jié)的失誤都將影響最終結(jié)果通過質(zhì)譜儀器調(diào)諧 數(shù)據(jù)采集和掃描方式的討論 介紹各操作參數(shù)的意義質(zhì)譜儀器類型不同 具體參數(shù)可能不相同 但是操作原理是一樣的下面的討論均以四極質(zhì)譜為例 一 儀器的調(diào)諧 儀器調(diào)諧就是進(jìn)行儀器的校準(zhǔn) 通過調(diào)節(jié)離子源 質(zhì)量分析器 檢測器各個參數(shù) 獲得需要的分辨率 靈敏度 準(zhǔn)確的質(zhì)量測量以及正確的離子豐度比儀器調(diào)諧目的一是為了解儀器狀態(tài) 如在驗收儀器進(jìn)行性能測試時 儀器故障維修或儀器維護(hù)清洗后 檢查儀器是否正常 能否達(dá)到規(guī)定的性能指標(biāo)二是為了滿足不同分析方法要求 獲得最佳定性 定量分析條件 除了適當(dāng)?shù)姆直媛屎唾|(zhì)量測定準(zhǔn)確外 定量分析要求有足夠的靈敏度和重現(xiàn)性 定性分析要求正確的離子豐度比 否則定量結(jié)果的可靠性以及定性依據(jù)的譜圖解釋和譜庫檢索都會有問題 一 儀器的調(diào)諧 儀器狀態(tài)是否滿足要求 需要用規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)樣品的測試結(jié)果來檢驗 儀器調(diào)諧所需的標(biāo)準(zhǔn)化合物因質(zhì)量范圍不同 采用的標(biāo)準(zhǔn)樣品也不同通常質(zhì)量范圍小于1000的低分辨GC MS多采用全氟三丁胺 perfluorotributyamine PFTBA或FC43 進(jìn)行調(diào)諧 因為全氟三丁胺易揮發(fā) 穩(wěn)定性好 碎片質(zhì)量范圍寬 僅有15N 13C同位素 全氟三丁胺 FC43 質(zhì)譜數(shù)據(jù) 一 儀器的調(diào)諧 不同定量分析方法也需采用不同標(biāo)準(zhǔn)化合物標(biāo)定儀器 如環(huán)境分析的EPA524和EPA525方法規(guī)定使用氯氟苯 BFB 和十氟三苯膦 DFTPP 油品烴類型組成分析ASTM標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定使用正十六烷烴校準(zhǔn)儀器調(diào)諧必須在儀器穩(wěn)定條件下進(jìn)行 儀器不穩(wěn)定調(diào)諧結(jié)果將不可靠 無論何種調(diào)諧方式 使用何種標(biāo)樣 調(diào)諧的步驟大致相同 不同儀器的操作系統(tǒng)軟件都會提供幾種調(diào)諧方式 有人工輸入?yún)?shù)的手動調(diào)諧 manualtune 也有完全由計算機(jī)控制的自動調(diào)諧 autotune 導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)樣品后 根據(jù)設(shè)定的特征離子質(zhì)量和豐度比 手動或自動按一定程序反復(fù)調(diào)節(jié)儀器各個參數(shù)直至獲得滿意的分辨率 靈敏度 并進(jìn)行質(zhì)量校正得到應(yīng)有的質(zhì)量準(zhǔn)確度 1 調(diào)諧參數(shù)設(shè)置 有些儀器軟件操作系統(tǒng) 給出若干個不同應(yīng)用要求的調(diào)諧程序 初學(xué)者往往忽略了這些調(diào)諧程序的差別 沒能根據(jù)不同的需要選擇不同調(diào)諧程序 或無意中一直使用程序中的默認(rèn)參數(shù)值 沒有根據(jù)需要設(shè)定離子質(zhì)量和強(qiáng)度比以及溫度條件等因此調(diào)諧雖然也能通過 但實際樣品分析中卻得不到滿意的靈敏度 或離子豐度比例不對 使譜圖檢索結(jié)果的匹配率相差甚遠(yuǎn) 調(diào)諧必須根據(jù)方法要求 設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)化合物的特征離子質(zhì)量和相對強(qiáng)度采用FC43標(biāo)準(zhǔn)樣品調(diào)諧時 一般選擇m z69 m z219 m z502三個離子 其相對強(qiáng)度可參考表中的相對強(qiáng)度或根據(jù)不同需要設(shè)置 離子源 分析器的溫度一般不低于150度 離子源的溫度一般高于分析器 還要注意真空狀態(tài) 若存在漏氣或系統(tǒng)嚴(yán)重污染 調(diào)諧不能正常進(jìn)行 1 調(diào)諧參數(shù)設(shè)置 調(diào)諧程序運(yùn)行中調(diào)節(jié)的儀器操作參數(shù) 包括離子源的發(fā)射電流 電子能量 EI源給定70eV CI源可改變 透鏡電壓 分析器的工作電壓 四極質(zhì)譜的DC RF電壓比值和DC電壓補(bǔ)償 電子倍增器或光電倍增器工作電壓 1 調(diào)諧參數(shù)設(shè)置 運(yùn)行調(diào)諧程序時 在調(diào)諧窗口可觀察到設(shè)定質(zhì)量離子的峰形 以及各參數(shù)的變化情況 不同儀器顯示窗口大同小異 多數(shù)顯示所選擇三個離子的峰形圖 也有給出標(biāo)準(zhǔn)化合物的全譜 調(diào)諧結(jié)束后可以儲存或打印出調(diào)諧結(jié)果報告 2 調(diào)諧參數(shù)對結(jié)果的影響 離子源的參數(shù)是影響靈敏度和離子相對豐度的主要因素 燈絲發(fā)射電流和電子能量關(guān)系到離子產(chǎn)率離子透鏡中推斥極的作用是將離子引出離子源進(jìn)入分析器 提高推斥極電壓 引出的離子數(shù)增加 從而增加靈敏度聚焦透鏡作用是使離子束聚焦 離子聚焦透鏡電壓大小影響高 低質(zhì)量端的離子豐度和峰形變化質(zhì)量分析器的參數(shù)主要影響分辨率 離子豐度比以及靈敏度四極質(zhì)量分析器的直流電壓 DC 與射頻電壓 RF 在掃描過程中同時變化 各個質(zhì)荷比的離子在這個復(fù)合電壓下有各自的穩(wěn)定區(qū) 2 調(diào)諧參數(shù)對結(jié)果的影響 在這個區(qū)域中 該離子能夠順利穿過四極質(zhì)量分析器 掃描線表示在掃描過程中四極的DC電壓與RF電壓以恒定比值變化 DC電壓與RF電壓比值 掃描線的斜率 決定每個離子的峰寬 分辨率 和峰高 靈敏度 當(dāng)掃描線a過原點(diǎn) 無論怎樣改變斜率 各質(zhì)量離子 M1 M2 M3 的峰高和峰寬都不一樣 若給予一個DC電壓補(bǔ)償 掃描線b不過原點(diǎn)有一截距 則在整個質(zhì)量范圍內(nèi)都可以得到相等的峰寬和峰高 2 調(diào)諧參數(shù)對結(jié)果的影響 調(diào)諧程序反復(fù)調(diào)節(jié)DC與RF電壓比值和DC電壓補(bǔ)償兩個參數(shù)直到最佳值 獲得適當(dāng)?shù)姆直媛屎挽`敏度為了得到好的靈敏度 程序會自動調(diào)節(jié)電子倍增器的工作電壓 電子倍增器工作電壓的變化反映儀器的狀況 在正常情況下 其它條件都不變 調(diào)諧結(jié)果倍增器電壓增高 最大可能是離子源污染和倍增器老化了注意儀器真空狀態(tài) 溫度 條件有變化調(diào)諧結(jié)果可能不重復(fù) 3 質(zhì)量標(biāo)尺校正 質(zhì)譜分析中 質(zhì)量測定正確與否取決于質(zhì)量標(biāo)尺的準(zhǔn)確性 無論哪一種質(zhì)量分析器 根據(jù)其質(zhì)量分離的原理可以計算出對應(yīng)于掃描電壓的質(zhì)量 計算質(zhì)量 作為質(zhì)量標(biāo)尺 由于儀器操作條件的不同 計算質(zhì)量和實際測定的質(zhì)量 實測質(zhì)量 會存在差別 因此在進(jìn)行儀器調(diào)諧時 需要對質(zhì)量標(biāo)尺進(jìn)行校正 以保證質(zhì)量測定的準(zhǔn)確度四極質(zhì)譜的質(zhì)量和掃描電壓是線性關(guān)系 可獲得對應(yīng)于不同電壓的計算質(zhì)量 作為質(zhì)量的標(biāo)尺 3 質(zhì)量標(biāo)尺校正 實際上這個標(biāo)尺受儀器的操作條件 溫度 壓力 和參數(shù)的變化影響 因此實測值和理論值會有偏差 校正的方法就是用已知質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)化合物實際測得的質(zhì)量和計算質(zhì)量關(guān)聯(lián)獲得校正曲線 4 調(diào)諧結(jié)果評價 若儀器自動調(diào)諧程序能夠通過 表明儀器可以工作 但不等于儀器狀態(tài)完全正常和能夠滿足樣品分析要求 不同儀器的調(diào)諧結(jié)果報告形式不同 但都會給出標(biāo)準(zhǔn)化合物的質(zhì)譜圖和所有儀器參數(shù) 有的還會提示存在的問題 調(diào)諧結(jié)果是否符合要求 要從質(zhì)譜圖和儀器參數(shù)進(jìn)行判斷 由峰形是否平滑對稱及半峰寬大小判斷是否達(dá)到需要的分辨率 由給出的各離子質(zhì)量測定值判斷質(zhì)量的準(zhǔn)確性如何 由譜圖中基峰的絕對強(qiáng)度 如FC43的m z69豐度 確定靈敏度是否滿足要求 4 調(diào)諧結(jié)果評價 離子豐度比是否正確 同位素峰比例是否正確 當(dāng)分辨率和靈敏度很差 同位素峰可能會不出現(xiàn) 各操作參數(shù)是否偏離正常值 如果參數(shù)偏離正常值范圍 說明儀器可能存在問題 如推斥極電壓和倍增器電壓增高 說明離子源污染了 檢查本底峰 觀察m z18 m z28 m z32 m z44及其它雜質(zhì)峰的強(qiáng)度 判斷系統(tǒng)是否漏氣或受污染以上判斷最有力的依據(jù)是儀器驗收時測試各項指標(biāo)的調(diào)諧報告 只要是正常驗收 此時調(diào)諧報告應(yīng)是儀器最佳狀態(tài)的操作參數(shù)和結(jié)果 THANKYOU