氣相質(zhì)譜儀(GCMS)的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

氣-質(zhì)聯(lián)用（GC/MS）被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜組分的分離與鑒定，其具有GC的高分辨率和質(zhì)譜的高靈敏度。GCMS可以快速獲得合成化合物的分子量信息，無需樣品制備。

質(zhì)譜（MS），即質(zhì)量的譜圖，物質(zhì)的分子在高真空下，經(jīng)物理作用或化學(xué)反應(yīng)等途徑形成帶電粒子，某些帶電粒子可進(jìn)一步斷裂。每一離子的質(zhì)量與所帶電荷的比稱為質(zhì)荷比（m/z，曾用m/e）。不同質(zhì)荷比的離子經(jīng)質(zhì)量分離器一一分離后，由檢測器測定每一離子的質(zhì)荷比及相對強(qiáng)度，由此得出的譜圖稱為質(zhì)譜。質(zhì)譜分析，是將分析物離子化，再按照離子的質(zhì)荷比分離，通過測量離子的譜峰強(qiáng)度而實(shí)現(xiàn)分析目的的一種分析方法。

高效氣相色譜儀熱裂解進(jìn)樣分析是在一定條件下，高分子有機(jī)物遵循一定的裂解規(guī)律，即特定的樣品能夠產(chǎn)生特定的裂解產(chǎn)物和產(chǎn)物分布，采用高效氣相色譜分析和鑒定裂解產(chǎn)物，可據(jù)此對原樣品進(jìn)行表征。

一、基本原理：

將高分子樣品置于裂解器中，在嚴(yán)格控制的操作條件下，使之迅速高溫?zé)崃呀?，生成可揮發(fā)的小分子產(chǎn)物，然后將裂解產(chǎn)物送入氣相色譜儀中進(jìn)行分離分析。因?yàn)榱呀馑槠慕M成和相對含量與待測高分子的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，每種高分子的裂解色譜圖都有其特征，故裂解色譜圖又稱熱裂解指紋色譜圖。

二、對裂解器的要求：

1、由于裂解溫度不同，裂解產(chǎn)物不同，裂解溫度控制要準(zhǔn)確，可重復(fù)進(jìn)行。

2、不同的物質(zhì)需要不同的裂解溫度，裂解溫度要可調(diào)。

3、裂解器熱容量大，升溫速度快。

4、裂解器與接口的體積小，以減小死體積，防止色譜峰展寬。

5、對裂解反應(yīng)無催化反應(yīng)，防止歧化反應(yīng)和二次反應(yīng)。

三、裂解器類型：

1、管式爐裂解器：

管式爐裂解器通常由一個外壁加熱的石英管制成，采用電熱絲加熱，裂解溫度在300～1000℃，恒溫精度高。當(dāng)爐溫達(dá)到設(shè)定溫度時，將樣品置于鉑金小舟內(nèi)，用推桿將鉑金小舟送人裂解爐，樣品不與管壁接觸。

管式爐裂解器結(jié)構(gòu)簡單，可定量進(jìn)樣，操作方便，裂解溫度連續(xù)可調(diào)。但升溫速率不可調(diào)，死體積大，容易產(chǎn)生二次反應(yīng)。

2、熱絲裂解器：

熱絲裂解器通常由直徑0.2～0.5mm、長50mm左右的鉑絲或鎳鉻絲繞成螺旋狀而成，樣品涂在金屬熱絲上，熱絲用穩(wěn)定電壓加熱到所需溫度，可使樣品裂解。

熱絲裂解器結(jié)構(gòu)簡單，加熱時間短，二次反應(yīng)少。但不易定量進(jìn)樣，一般只用于定性分析。

3、居里點(diǎn)裂解器：

居里點(diǎn)裂解器是一種高頻感應(yīng)加熱裂解器，采用鐵磁性材料作加熱元件。將它置于高頻電場中，會吸收射頻能量而迅速升溫，當(dāng)達(dá)到居里點(diǎn)溫度時，鐵磁質(zhì)變?yōu)轫槾刨|(zhì)，不再吸收射頻能量，溫度穩(wěn)定在居里點(diǎn)溫度。當(dāng)切斷高頻電源后溫度下降，鐵磁性又恢復(fù)。將樣品附著在加熱元件上，樣品可在居里點(diǎn)溫度裂解。

不同鐵磁質(zhì)的居里點(diǎn)溫度不同，通過調(diào)節(jié)鐵磁質(zhì)合金的組成可獲得所需溫度的加熱元件。

4、激光裂解器。這是一種新型裂解器，隨著技術(shù)的突破將逐步得到廣泛應(yīng)用。

四、特點(diǎn)：

1、分離效率高： 熱裂解氣相色譜儀大都使用毛細(xì)管色譜柱，可以對復(fù)雜的裂解產(chǎn)物進(jìn)行有效的分離，尤其是高分子有機(jī)物之間的微小差異，聚合物材料中的微量組分，都能在裂解色譜圖上靈敏地反映出來，找到相應(yīng)的特征。

2、靈敏度高： 熱裂解氣相色譜儀一般采用氫火焰離子化檢測器，靈敏度很高。

3、樣品用量少： 樣品用量一般為μg至mg量級，對只能獲得微量樣品的檢測很有利。

4、分析速度快： 典型的分析周期為30min。當(dāng)裂解產(chǎn)物很復(fù)雜時，1～2h可以完成一次分析。

5、信息量大： 可以進(jìn)行定性和定量分析，還可以進(jìn)行裂解條件與裂解產(chǎn)物的關(guān)系、樣品結(jié)構(gòu)與裂解產(chǎn)物的關(guān)系、裂解機(jī)理和反應(yīng)動力學(xué)的研究。

6、應(yīng)用范圍廣： 適用于各種形態(tài)樣品，不需要預(yù)處理，無論是粘稠液體、粉沫、纖維和彈性體等，還是固化的樹脂、涂料和硫化橡膠等都可以直接進(jìn)樣分析。

7、易于普及： 裂解進(jìn)樣器結(jié)構(gòu)簡單，與氣相色譜儀組合在一起就可以進(jìn)行分離分析。

8、可以和各種光譜儀器在線聯(lián)接： 凡是可以和氣相色譜儀在線聯(lián)接的光譜儀器，都可以和熱裂解氣相色譜儀在線聯(lián)接。

五、應(yīng)用：

適用于分子量較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難揮發(fā)和難溶解物質(zhì)的分離分析。

在藥物分析中，可采用閃蒸技術(shù)分析中草藥中的可揮發(fā)性成分。所謂閃蒸是指在樣品裂解前，用較低的溫度（低于樣品的裂解溫度）對樣品快速加熱，將揮發(fā)性成分蒸發(fā)出來，得到一張色譜圖。然后在高溫下對樣品進(jìn)行裂解，得到裂解色譜圖。這樣可獲得樣品中揮發(fā)性成分的重要信息，在樣品定性鑒定中非常有用。

利用裂解-氣相色譜儀鑒定聚合物是通過比較未知樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的裂解譜圖進(jìn)行的，即所謂“指紋圖”鑒定。標(biāo)準(zhǔn)樣品的指紋圖可以儲存在計算機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，也可以在鑒定時與未知樣品平行實(shí)驗(yàn)而獲得。無論哪種方法，都要求所比較的譜圖是在相同實(shí)驗(yàn)條件下得到的。

指紋圖鑒定法雖然直觀、方便，但不嚴(yán)格，有時對一些結(jié)構(gòu)相近的聚合物往往不易準(zhǔn)確判斷。

采用多維裂解氣相色譜鑒定聚合物也是一種行之有效的方法。用甲基硅酮和PEG-20M雙毛細(xì)管柱系統(tǒng)，將甲基硅酮柱上設(shè)定保留時間窗口的裂解產(chǎn)物切換到PEG-20M柱上分析，就可以得到烯烴類聚合物和尼龍類的特征譜圖。

還有一種內(nèi)標(biāo)鑒定方法，即用聚苯乙烯作為參考聚合物與未知樣品一起裂解，然后計算樣品產(chǎn)物相對苯乙烯的保留時間，再與標(biāo)準(zhǔn)樣品的相應(yīng)結(jié)果比較。

總之，用裂解-氣相色譜儀鑒定聚合物是一種非常有效的方法。指紋圖鑒別法直觀，方便。特征峰鑒定法是較好的方法，但需要對特征峰進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定。金鑒實(shí)驗(yàn)室工程師認(rèn)為采用內(nèi)標(biāo)法，根據(jù)特征峰鑒定有可能不用對特征產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行鑒定，而能保證一定的可靠性，較好的辦法是利用譜圖庫比較，方便而快捷。

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