气相色谱-质谱联用仪校准规范实际操作中需注意的问题

张 敏/ 上海市计量测试技术研究院

0 引言

气相色谱-质谱联用技术大约历经了半个多世纪的发展，如今这项技术在分离、检测和数据采集方面的整体性能都有很大的提高，已经是一个非常成熟且完善的定性、定量工具[1]。目前气相色谱-质谱联用仪(GC/MS)已经成为许多实验室不可缺少的常规分析工具。

气相色谱-质谱联用仪是将气相色谱仪与质谱仪通过一定接口耦合到一起的分析仪器。样品通过气相色谱分离后的各个组分依次进入质谱检测器，组分在离子源被电离，产生带有一定电荷、质量数不同的离子。不同离子在电场或磁场中的运动行为不同，采用不同质量分析器把带电粒子按质荷比（m/z）分开，得到依质量顺序排列的质谱图。通过对质谱图的分析处理，可以得到样品的定性、定量结果[2]。

由于气相色谱-质谱联用仪的生产厂家众多，性能各异，功能多样，为了使这类仪器的性能有一个统一的评价标准，我国制定了JJF1164-2006台式气相色谱-质谱联用仪校准规范，要求定期对其进行校准。笔者长期从事气相色谱-质谱联用仪的校准工作，大量接触各个厂家不同型号的气相色谱-质谱联用仪，下文针对实际工作中的一些问题进行探讨。

1 信噪比

气相色谱-质谱联用仪习惯上直接用信号与噪声比(S/N)来检验仪器的灵敏度，采用一定浓度的标样，在一定操作条件下采集质谱图，选择某一质量离子信号峰值和某一段基线的噪声峰值，计算它们的比值。信号峰值取所选择的质量离子的峰高，而基线的噪声峰值有以下三种不同的定义：峰/峰(perk to perk)信噪比，用某一段基线噪声的平均高度值计算；峰/半峰(half perk to perk)信噪比，用某一段基线噪声平均高度的1/2 值计算；均方根(RMS)信噪比，用某一段基线噪声的均方根值计算。由图1可以看到这台仪器的峰/峰信噪比为264 ：1，均方根信噪比为2613 ：1，因此基于不同定义计算的信噪比是有很大差别的。

在JJF1164-2006 中规定关于EI 源信噪比的检测是在一定条件下，注入100 pg/μL的八氟萘-异辛烷溶液1.0μL，提取m/z=272 离子，再现质量色谱图，根据公式(1)计算S/N。

式中：H272—提取离子(m/z)的峰高；

H噪声—基线噪声。

校准规范中所说的信噪比是指峰/峰信噪比。笔者在实际校准过程中遇到很多仪器厂家的工作站中都有相应的信噪比(S/N)计算功能，但其所依据的定义各不相同的，有的明确指出是哪一种信噪比，但也有的仅给出一个数据，因此在校准时不能把通过软件计算的信噪比结果拿来就用，而要有一个判断。如果无法确定软件计算出的是哪一种信噪比结果的话，就应该将图谱打印后，自己用尺测量，然后做相应的计算，这样才能得到准确的结果。

图1 信噪比计算结果报告

另外，在进行信噪比检测时还会遇到的问题就是阈值的设定。一般情况下质谱的参数设置中都有阈值设置，大都为默认值，不同型号仪器的设置各不相同。阈值设定是指检出离子的响应在阈值设定值以上才会显示在质谱图中，低于此阈值的均屏蔽掉。因此在检测仪器的信噪比时必须将阈值设置改为0，让所有的基线噪声响应均被采集下来，从而计算得到最准确的信噪比。如果阈值设置不为0，则仪器低于阈值的基线噪声均被屏蔽，采集得到的并非仪器真实的基线噪声，计算得到的信噪比将会比实际的值大。甚至于当仪器的基线噪声很小，全都低于阈值的时候，采集得到的基线噪声将会变成一根直线，从而无法计算信噪比。

2 质量准确性

在JJF1164-2006 中规定关于质量准确性的测量是在一定条件下，注入10.0 ng/μL的硬脂酸甲酯-异辛烷溶液1.0μL，记录74，143，199，255 和298等硬脂酸甲酯主要离子的实测质量数，根据公式(2)计算实测值与理论值之差，以此评价质量准确性。

Mi理—第i 个离子理论值，u。

比较图2 与图3，可见不同离子源得到的质谱图是不同的，图2 为硬脂酸甲酯EI 质谱图，可以看到其主要离子的实测质荷比数分别为74.1、143.1、199.1、255.2、298.3，可以计算得到实测值与理论值之差。而图3 用甲烷为反应气的硬脂酸甲酯正CI 质谱图中255 和298 无法找到，因此只有EI 源可以通过74，143，199，255 和298 这五个主要离子峰来进行质量准确性检测，而正CI 源进行质量准确性检测时无法计算255 和298 这两个离子的质量准确性，只能通过74，143，199 这三个离子来计算其质量准确性。

图2 硬脂酸甲酯EI 质谱图

图3 硬脂酸甲酯正CI(甲烷)质谱图

随着社会的发展，对检测技术要求的不断提高，越来越多的气相色谱-串联质谱联用仪(GC/MS/MS)被广泛应用，而目前对此类二级质谱的技术指标要求在JJF1164-2006 中涉及，因此在实际校准过程中仅对其第一级质谱按校准规范要求进行校准。但二级质谱与一级质谱的参数条件设置是有很大区别的，在校准时要特别注意。以Agilent 7000 型三重串联四极杆气相色谱-质谱联用仪为例，在进行第一级质谱的校准时，必须将碰撞池气体流速关闭，包括作为碰撞抑制气体的氦气和作为碰撞气体的氮气全部都要关闭，否则会严重影响仪器的质量准确性的检测。笔者做过相应的对比试验，在碰撞池气体流速打开的条件下测得的质量准确性为0.4 u，而在碰撞池气体流速关闭的条件下测得的质量准确性为0.2 u，相差了0.2 u，而JJF1164-2006 中质量准确性的技术指标要求为±0.3 u，可见仪器参数条件设置的正确与否对最终的检测结果会造成非常大的影响。

3 测量重复性

在JJF1164-2006 中规定关于测量重复性的测量是在一定条件下，注入1.0μL 质量浓度为10.0 ng/μL的六氟苯-异辛烷溶液，连续六次，提取六氯苯特征离子m/z=284，再现质量色谱图，按质量色谱峰进行面积积分，根据公式(3)计算RSD。

式中：RSD—相对标准偏差，%；

xi—六氯苯第i 次测量峰面积；

i—测量序号。

采用校准规范中推荐使用的色谱柱及色谱条件对仪器进行测量重复性测量时，采集得到的色谱图如图4，将柱温条件由150℃—10℃/min—250℃(5 min)优化为100℃(4 min)—30℃/min—260℃(5 min)后，采集得到的色谱图如图5，比较图4 与图5，可见柱温条件优化后六氯苯的峰形得到了很好的改善，因此在实际校准过程中可适当对色谱条件进行优化，以得到更好的测量结果。

另外在校准规范中，重复性的检测是提取六氯苯特征离子m/z=284 后，对其质量色谱峰进行面积积分。而笔者在实际工作中遇到有些厂家的数据处理软件只能对其总离子流图中的色谱峰进行积分，虽然能够提取特征离子却无法实现对此质量色谱峰的积分。因此在检测这一类仪器的重复性时最好先走一下空白，确保色谱柱内无其他物质残留后再进行检测，以免色谱柱污染影响仪器重复性数据的测量结果。

图4 六氯苯色谱图(按校准规范色谱条件)

图5 六氯苯色谱图(优化后的色谱条件)

4 结语

以上是对校准气相色谱-质谱联用仪时遇到的问题的探讨与总结，都是在工作中积累的一些经验，希望对广大从事这项工作的同行有所帮助。

[1]盛龙生,苏焕华,郭丹滨.色谱质谱联用技术[M].北京：化学工业出版社,2006.

[2]全国物理化学计量技术委员会.JJF1164-2006 [S].北京：中国计量出版社,2006.