浅谈气相色谱/气质联用法测定有机物

朱田生

（安徽省水利科学研究院 蚌埠 233000）

浅谈气相色谱/气质联用法测定有机物

朱田生

（安徽省水利科学研究院 蚌埠 233000）

本文介绍了气相色谱法和气质联用法的基本原理、定性方法和定量方法。

气相色谱 气质联用 有机物测定

1 前言

气相色谱（Gas Chromatography）是根据待测组分与固定相之间的作用力（分配比、吸附能力等）的差异而将它们一一分离的一种分离分析技术。气相色谱法可分析和分离复杂的多组分混合物。目前由于使用了高效能的色谱柱，高灵敏度的检测器及微处理机，使得气相色谱法成为一种分析速度快、灵敏度高、应用范围广的分析方法。气相色谱法又可分为气固色谱（GSC）和气液色谱（GLC）：前者是用多孔性固体为固定相，分离的对象主要是一些永久性的气体和低沸点的化合物；而后者的固定相是用高沸点的有机物涂渍在惰性载体上。由于可供选择的固定液种类多，故选择性较好，应用亦广泛。质谱法（Mass Spectrometry）是在真空条件下将待测物质电离（EI、CI），通过质量分析器分析产生的离子的质荷比来反推物质分子量（分子式）的分析方法。质谱法是唯一一种可以确定分子式的方法，是解析有机物结构的强有力工具，对物质的定性至关重要。但是质谱法对混合物和结构近似的同分异构体定性无能为力，而色谱仪的最大优点在于它的分离性能高，所以将色谱仪与质谱仪联用，可以取长补短，大大提高定性的准确性。将混合物很好的分离是质谱定性的前提。

2 定性方法

2.1 利用已知物保留值对照定性

利用已知物保留值对照定性是色谱分析中比较可靠的定性方法，主要的定性参数就是保留值（主要是保留时间）。当固定相和操作条件严格不变时，任何一种物质都有确定的保留值。在同一条件下，分别测定已知物和待测物的保留值，然后比较定性。也可以将已知物加到待测物中，通过比较加入前后色谱峰的变化来定性。

2.2 利用保留值经验规律定性

对于没有单标的混标组分，可以分析组分的沸点高低或不同组分与固定相作用力大小的差异来确定组分。如针对同系物可以采用碳数规律，对于同分异构体可以根据异构体极性的大小来确定等。

2.3 利用选择性检测器定性

各种类型的检测器对不同类别化合物的响应机理是不同的，即有选择性响应。用选择性检测器定性，只能确认某一类化合物存在，而不能指出具体是哪一种组分。

2.4 利用标准谱库对照检索定性

国际上通用的标准谱库是采用70eV电子轰击纯物质而得到的质谱图来建立的，如NIST谱库、NBS谱库等。每一台商用GC-MS的工作站都会附带一种谱库，只需将70eV电子轰击下全扫描（scan）的质谱图与标准谱库对照检索就能查出该物质的结构，一般要看其匹配度的大小来判断定性的准确程度。需要注意的是对谱库检索的结果不能盲目相信，要注意观察样品谱图与标准谱图的差异性。因为色谱柱的分离不是万能的，有时会有两种物质重叠在一起，而含量低的组分容易被含量高的组分掩盖。另外，对于结构相似的同分异构体，谱库检索的结果可能都一样，这时需要分析色谱柱与被分离物质的性质或者查阅文献资料来判断同分异构体的出峰顺序，进而才能准确地定性。

2.5 利用碎片离子反推物质的结构

跟据质谱仪所得到的碎片离子和有机物的裂解规律来反推物质的结构。对于谱库中没有的物质，例如新合成的有机物，则只能采用该方法和紫外、红外、核磁等手段联用来反推其结构。

3 定量方法

3.1 定量校正因子

3.1.1 校正因子

定量分析的依据是待测组分的质量或浓度与检测器的响应值成正比。校正因子的物理意义就是单位峰面积所代表的物质的质量和浓度，主要由仪器的灵敏度决定。

式中：Q——组分的含量（质量或浓度）；

f——校正因子；

A——检测器的响应值。

3.1.2 相对校正因子

当进样量，峰面积和实验操作条件不容易控制的完全一致时，校正因子的测定会有一定的误差。为了减少由此带来的误差，在定量分析时有时采用相对校正因子f'，即某物质与标准物质（内标物）的校正因子之比。相对校正因子还可以减少由进样量的变化带来的误差。

式中：f'——相对校正因子；

fi——待测物质校正因子；

fs——内标物校正因子；

Qi——待测物质含量；

Ai——待测物质峰面积；

Qs——内标物含量；

As——内标物峰面积。

3.2 面积归一化法

面积归一化法就是把所有流出的色谱峰的峰面积加起来，其中某个峰面积占总峰面积的百分数即为该组分的百分含量。

归一化法一般只适用于FID，因为多数有机物在FID上的响应值近似相同。

3.3 外标法

外标法即通常所说的标准工作曲线法。该方法的依据是组分浓度与峰面积或峰高成正比。用合适的溶剂配置一系列不同浓度的标样，定量进样后绘制浓度与峰面积曲线可得标准曲线，标准曲线的斜率即该组分的校正因子。分析未知样品中待测组分的峰面积，然后从标准曲线上查得该组分的含量，或者由峰面积对浓度求一元线性回归方程计算。该方法要求操作条件严格一致，进样量要准确，重复性要好。

3.4 内标法

内标法是针对待测组分选定一种内标物，先测定其相对校正因子，然后在待测样品中加入已知量的内标物后进样，根据相对校正因子、内标物的含量、待测组分和内标物的峰面积来计算待测组分含量。

3.5 内标标准曲线法

内标标准曲线法是基于内标法和外标法基础上建立的，在外标法中的标准系列溶液中加入相等已知量的内标物，然后绘制浓度和待测组分与内标物峰面积比的曲线可得内标标准曲线，标准曲线斜率即相对校正因子。然后在待测物中加入与标准曲线相同量的内标物，测出组分与内标物的峰面积比，从内标标准曲线上即可查得待测组分的含量。内标标准曲线法受操作条件影响较小，能够校正进样量和仪器灵敏度变化的影响，也不需要测定相对校正因子，大批量的色谱定量分析中多数采用该方法。

3.6 内标物质的选择

内标物应是待测样品中不存在的并要和待测组分完全分开，保留时间要和待测组分接近，结构要和待测组分相似，并且加入量要和待测组分的含量接近，对复杂混合物的定量要尽量选择多种内标物质。

3.7 气质联用定量方法

气质联用中质谱可以看成是气相色谱的一个检测器（MSD），样品的前处理和分离条件都和气相色谱方法一样，只是定性和定量方法与其他类型检测器不同而已。

3.7.1 总离子流图（TIC）定量

采用全扫描（scan）方式获得的总离子流谱图与FID得到的色谱图极为相似（需要注意的是由于响应灵敏度的不同，峰强度比有所差异），总离子流谱图中每一个点的强度等于该时间所有碎片离子强度的总和。可以采用类似其他检测器的定量方式来进行定量，也可以在总离子流谱图中提取待测物质特征离子的强度作为定量依据。由于TIC是采用全扫描的方式获得的，所以噪音干扰比较大，信噪比比较低，灵敏度不高，目前已经很少采用该方法进行定量。

3.7.2 选择性离子扫描（SIM）定量

选择性离子扫描（SIM）是只进行单个离子或多个指定离子的检测。相对于全扫描方式其灵敏度可以提高一个数量级以上。选取目标化合物的特征离子进行选择性离子扫描是定量的关键，特征离子应符合丰度较高，周边物质没有该质量数的离子产生。对于同时测定多个组分的分析，首先需用标准样品（可以用混标）来确定各组分的保留时间和特征离子，然后根据出峰时间来分段选择特征离子进行扫描。需要注意的是对于有少数分离不开相重叠的组分，可以选取各组分中丰度较高的且互不干扰特征离子进行扫描。在SIM谱图中提取各组分的特征离子强度来对各组分进行定量分析