氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）是一種將氣相色譜（GC）的高效分離能力與質譜（MS）的高靈敏度、高特異性檢測能力相結合的強大分析工具。以下是其詳細介紹與應用：
一、儀器組成與工作原理
1. 氣相色譜（GC）部分
- 作用：將混合物中的各組分分離。
- 關鍵部件：
- 進樣口：樣品引入（如分流/不分流進樣）。
- 色譜柱：毛細管柱（常用固定相如DB-5、HP-1等），通過不同組分與固定相的相互作用差異實現分離。
- 載氣：惰性氣體（如氦氣、氮氣）推動樣品通過色譜柱。
- 溫控系統：程序升溫優化分離效率。
2. 質譜（MS）部分
- 作用：對分離后的組分進行定性和定量分析。
- 關鍵部件：
- 離子源：將分子電離（如電子轟擊電離EI，化學電離CI）。
- 質量分析器：按質荷比（m/z）分離離子（如四極桿、離子阱、飛行時間TOF）。
- 檢測器：記錄離子信號（如電子倍增器）。
3. 接口（GC-MS連接）
- 將GC流出物導入MS，需去除載氣并維持真空（常用噴射式分離器）。
二、工作流程
1. 樣品經GC分離為單一組分。
2. 各組分依次進入MS離子源，被電離為離子。
3. 質量分析器篩選特定m/z的離子，檢測器生成質譜圖。
4. 計算機系統比對標準譜庫（如NIST庫）進行定性，峰面積積分定量。
三、核心特點
- 高靈敏度：可檢測pg級（10^-12克）物質。
- 高選擇性：通過特征離子碎片和保留時間雙重確認化合物。
- 寬動態范圍：適合痕量及主成分分析。
- 自動化：支持高通量篩查（如環境、食品檢測）。
四、主要應用領域
1. 環境分析
- 污染物檢測：水中揮發性有機物（VOCs）、大氣中多環芳烴（PAHs）、農藥殘留（如有機氯農藥）。
- 持久性有機污染物（POPs）：二噁英、多氯聯苯（PCBs）。
2. 食品安全
- 添加劑與殘留：防腐劑、塑化劑、獸藥殘留（如瘦肉精）。
- 風味物質：食品中香氣成分（如葡萄酒中酯類、醛類）。
3. 醫藥與代謝組學
- 藥物代謝：血/尿中藥物及其代謝產物分析。
- 揮發性標志物：疾病相關代謝物（如糖尿病患者的丙酮）。
4. 法醫與毒理學
- 毒物鑒定：血液中的毒物（如甲醇）。
- 縱火案調查：殘留易燃液體（汽油、柴油組分）。
5. 石油化工
- 烴類分析：原油組成、汽油辛烷值測定。
- 工藝控制：反應中間體監測。
6. 科學研究
- 天然產物：植物精油成分鑒定。
- 新材料：聚合物單體或降解產物分析。
五、常見分析方法
- 全掃描（Full Scan）：獲取完整質譜圖，用于未知物篩查。
-選擇離子監測（SIM）：提高目標物靈敏度（如痕量污染物）。
- 串聯質譜（GC-MS/MS）：通過二級碎片增強選擇性（復雜基質干擾時）。
六、局限性
- 樣品揮發性要求：需熱穩定且易揮發（衍生化可擴展應用）。
- 基質干擾：復雜樣品需前處理（如固相萃取SPE）。
- 成本：儀器購置和維護費用較高。
七、前沿發展
- 快速GC-MS：短柱+高速掃描，用于應急檢測。
- 便攜式GC-MS：現場分析（如環境污染事故）。
- 高分辨率質譜（HRMS）：精確質量數測定（如TOF-MS區分同分異構體）。
總結
GC-MS憑借其分離與鑒定能力，成為環境監測、食品安全、醫藥研發等領域的“黃金標準"。隨著技術進步，其在實時檢測和微型化方面的突破將進一步拓展應用場景。
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