色谱质谱联用技术马瑜璐摘要：色谱质谱联用是分析化学发展最快，应用最广的分析方法之一，本文综合介绍了GC-MS和LC-MS的联用技术及其应用。

关键词：GC-MS；LC-MSChromatography - Mass Spectrometry Abstract: Chromatography-mass spectrometry is one of the fastest growing, most widely used methods in analytical chemistry, this article presented GC-MS and LC-MS technology and their applications.Key words: GC-MS; LC-MS色谱是一种快速、高效的分离技术，但不能对分离出的每个组分进行鉴定；质谱是一种重要的定性鉴定和结构分析的方法，一种高灵敏度、高效的定性分析工具，但没有分离能力，不能直接分析混合物。

二者结合起来，将色谱仪作为质谱仪的进样和分离系统，质谱仪作为色谱仪的检测器将能发挥二者的优点，具有色谱的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。

本文分别从GC-MS和LC-MS两方面介绍一下关于色谱-质谱联用技术的研究。

1GC-MS的联用GC-MS使用EI源，所获得的质谱碎片信息量大，重复性好，有几十万张质谱数据库，是最成熟的色质联用装置，但由于受样品的挥发性限制，适用范围不及LC-MS[1]。

1.1GC-MS的联用的关键技术1.1.1 真空技术真空系统：质谱仪必须在良好的真空条件下才能正常。

真空系统为离子源和质量分析器提供真空条件。

若果没有真空系统，分子的平均自由程就会太短，离子就会与残留气体的分子碰撞，不能使待测离子到达检测器；也会缩短灯丝寿命，增加本底干扰。

1.1.2 接口与离子源由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪，接口是色质联用系统的关键。

接口一方面用来满足压力匹配（质谱离子源的真空度在10-3Pa，而GC色谱柱出口压力高达105Pa，接口的作用就是要使两者压力匹配。

）；另一方面用来浓缩组分（从GC色谱柱流出的气体中有大量载气，接口的作用是排除载气，使被测物浓缩后进入离子源。

）EI和CI是在GC-MS中应用最广泛的两种离子源，二者都要求在真空下操作。

EI利用高能量的电子束轰击使样品分子被碎裂成大量的特征碎片离子[4]。

但是，EI源使某些化合物的分子离子检测不到。

相反，CI没有像EI那样强烈的能量交换，是一种较温和的离子化技术，电离出少量的离子碎片，使分子离子强度增大。

Nina Brenner等人[2]已研究出常用于LC-MS接口的ESI源也可作为GC-MS的接口，与GC-APCI/MS或GC-EI/MS相比，GC-ESI/MS具有更高的选择性、定量性能和灵敏度。

1.1.3 几种特殊的气相色谱技术（1）衍生化衍生化的目的：增加样品挥发性；减弱样品的吸附活性；柱外或柱上衍生化获得更多的定性信息。

衍生化反应的要求：反应最好完全，尤其要保证重现性；反应迅速、步骤少；衍生物稳定；衍生试剂要能从色谱柱上洗脱且与衍生物分离。

常见衍生化反应：硅烷化；酯化；酰化。

（2）顶空分析顶空分析：对液体或固体中的挥发性成分进行气相色谱分析的一种间接测定方法，在恒温封闭体系中，使样品中挥发性组分在液体样品及其顶上空间的气液平衡，取上部气体进行分析的色谱方法。

优点：清洁、有效、方便、灵敏。

缺点：只能检测挥发性组分，定量重复性差。

（3）热解析一种间接分析气体、液体中挥发性组分的方法，也可直接分析固体中的挥发性组分。

利用选择性吸附原理，将气体、液体中的挥发性组分吸附（富集）于吸附管中，而后将吸附管置于热解吸仪中密闭加热解吸，电磁阀切换进样而进行的色谱分析方法。

固体样品则直接置于玻璃管内热解吸分析。

特点：方便、清洁、有效、灵敏、快速、成本低、应用范围广。

（4）裂解气相色谱法裂解气相色谱是一种反应气相色谱。

采用一个裂解器作为进样器，高聚物或其它试样在严格控制条件的裂解器中进行高温裂解，生成挥发性的小分子，再进入色谱仪进行分离分析。

通过对裂解产物的定性和定量分析，以及与裂解温度，裂解时间等操作条件的关系，可以研究裂解产物和原样品的组成、结构和物化性能的关系，并可以研究裂解机理和反应动力学。

1.2色质联用常用测定方法总离子流色谱法（total ionization chromatography, TIC）——类似于色谱图，用于定量。

选择性离子监测（selected ion monitoring, SIM）——对选定的某个或数个特征质量峰进行单离子或多离子检测，获得这些离子流强度随时间的变化曲线，其检测灵敏度比总离子流检测高2-3个数量级。

1.3 标准质谱图和谱库检索分析复杂样品时可能会出现上百个色谱峰，人工解析不仅费时而且费力，利用谱图检索有利于顺利、快速解析未知化合物，进行定性分析。

注意：1、EI 70eV；2、纯化合物；3、避免被扫描物质被其他物质干扰；4、匹配度最高的化合物并不一定是要求的化合物。

1.4 GC-MS联用技术的应用GC-MS主要应用在复杂混合物的成分分析、杂质成分的鉴定和分析、目标化合物的定量分析等方面。

过氧化苯甲酰是一种强氧化剂、面粉增白剂，面粉中添加过多一则降低小麦粉的营养价值，二则会危害人体健康，面粉中过氧化苯甲酰是食品质量检测的重要指标。

周敏等人[3]使用GC-MS法确定苯甲酸，并用选择离子检测方式SIM测定面粉中过氧化苯甲酰的含量，避免GC分析时杂质峰的干扰。

将苯甲酸标准溶液进行GC-MS全扫描分析，得到苯甲酸的总离子流图和质谱图见图1和图2，由图可知，苯甲酸的分子离子为122，特征离子分别是51、52、77、105、106。

对面粉样品进行同样的检测可以定性鉴定样品是否加过氧化苯甲酰及定量测定加入量。

过氧化苯甲酰在酸性条件下被还原为苯甲酸，用GC-MS法测定面粉中的过氧化苯甲酰，其方法较其他方法简单了很多，而且能够通过质谱图直接判断苯甲酸（过氧化苯甲酰）的存在，较之GC更为直观。

加之质谱检测器可以选择离子扫描检测，避开样品中的基质干扰，这是GC所无法比拟的。

为面粉及其制品中过氧化苯甲酰的测定提供一种简单、准确度高、灵敏度高的方法。

两种不同的选择离子监测扫描：Rikard Landberg等人[4]以m/z 268作为基础离子，以1，3-二羟基-5-烷基苯衍生物的同系物C17:0，C19:0，C21:0，C23:0和C25:0作为分子离子，C20:0作为内标物进行选择离子监测SIM。

Tsukatani等人[5]以2,3-, 2,4-,2,5-, 2,6-, 3,4-, 3,5-二甲苯酚和o-, m-, p-乙基苯酚在同样的质荷比下的典型SIM选择离子监测色谱，九种物质峰有效地分开，可以对这九种物质进行定性、定量分析。

2LC-MS的联用质谱一直是药物代谢产物研究的强有力的手段，随着LC-MS联用接口技术的成熟，LC-MS在一定程度和一定范围内已经取代了传统的GC-MS，广泛应用于药物分析生物样品、药物代谢、临床诊断、食品环保分析，目前尚无谱库检索，但质谱给出大量碎片离子的信息及准分子离子的质荷比，鉴定能力极高[6]。

2.1 接口和离子源LC分离需用大量溶剂，如何去除溶剂并使样品离子化是LC-MS联用的关键。

接口作用：1将流动相及样品气化；2分离除去大量的流动相分子；3对样品分子的电离。

早期使用过的传送带接口（MB）、热喷雾接口(TSP)、粒子束接口(PB)、快原子轰击(FAB)等十余接口装置均存在一定的缺点，未得到广泛应用。

目前几乎所有的LC-MS联用仪都使用大气压电离源（API）作为接口装置和离子源。

API 包括电喷雾电离源（ESI）和大气压化学电离源（APCI）两种。

二者都是非常温和的离子化方式，ESI适合于中高极性的化合物，APCI适合于具有一定挥发性的、中低极性的中等分子量的化合物。

仪器简介：Agilent1100LC-MS系统：○1电离室是圆形，缩小死体积，减少对离子化有害的湍流；○2采集中交替改变施加在喷口和毛细管之间的高电压极性，在显示器上显示化合物可能产生的正离子和负离子，方便测定条件的选择优化；○3自动调谐。

2.2 MALDI-TOF基质辅助激光解析飞行时间质谱（MALDI-TOF）[7]是近几年发展比较快的一种新型的软电离生物质谱，仪器主要由两部分组成：基质辅助激光解吸电离离子源（MALDI）和飞行时间质量分析器（TOF）。

MALDI的原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量传递给生物分子，而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子，而使生物分子电离的过程。

因此它是一种软电离技术，适用于混合物及生物大分子的测定。

TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道，根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子的质荷比（M/Z）与离子的飞行时间成正比，检测离子。

MALDI-TOF-MS具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点，在检测过程中无需标记物，可以降低检测成本，成为生命科学等领域的一种强有力的分析测试手段，应用前景非常广阔。

2.3 分析条件的选择优化1接口；2正负离子模式：碱性化合物宜用正离子方式，酸性化合物宜用负离子方式，如未知正负离子都要做，优先选择正离子；3流动相：甲醇、乙腈、水，离子对试剂尽量不用，必须使用时尽量少量；4流量：条件允许情况下尽量使用小径柱子；5系统背景的消除：溶剂色谱级，样品纯化，系统清洗，高纯氮。

2.4样品制备主要指分离方法，这里主要介绍一下固相萃取。

在固相萃取中，固相对分离物的吸附力比溶解分离物的溶剂更大。

当样品溶液通过吸附剂床时，分离物浓缩在其表面，其他样品成分通过吸附剂床；通过选择性吸附剂，可以得到高纯度和浓缩的分离物。

固相萃取填料一般为经过化学键合的颗粒型硅胶，非极性化合物用非极性填料，极性化合物用极性填料，离子型化合物用离子交换树脂填料。

固相萃取前要对被分析物进行提取，然后用固相萃取柱进行净化，净化包括活化及平衡、上样、淋洗、洗脱、浓缩5步。

目前正在向小型化方向发展。

2.5LC-MS联用技术的应用LC-MS主要应用在肽和蛋白质分子量的测定、合成药物、抗生素的鉴定、中药和天然药物分析、药物代谢动力学及代谢物研究等方面。

农药多残留分析的LC-MS的TIC：农药残留一般成分复杂，简单的LC不能把种类繁多的成分区别开，采用LC-MS联用的TIC，可以把18种成分完全分离开，且可通过质谱来进行定性鉴定。

紫杉醇的APCI-LC/MS和ESI-LC/MS的分析[8]：总流出曲线图简单明了，从质谱图上可以使用APCI源时碎片离子峰较多，准离子峰强度很弱，而使用ESI源时碎片离子峰较少，准离子峰很强，为基峰。