有机分析前沿联用技术及应用

有机分析前沿：联用技术及应用 2011年3月主要内容n一、概述n二、仪器基本结构n三、基本术语n四、应用于农药残留检测一、概述1、鉴定（定性）面临的挑战n传统色谱用保留时间n色相的双柱n保留值n有很多问题n专用检测器：联用的 技术，在有传统的优 点，还保证了定性的 更科学：质谱检测器 （MSD）（可与气 液相联用GC-MS， LC-MS）；二极管阵 列检测器（利用分析 物的紫外可见光谱差 异）；红外检测器2、对色质联用的理解n站在色谱仪的角度来 讲，质谱也是相同的 检测器，质谱检测器 本身根据原理有四极 杆、离子阱、飞行质 谱等n从质谱仪的角度来讲 色谱仪是一个进样器 ，它可以是气相色谱 也可是液相色谱等GC-MS的应用n热稳定性好n小分子量n高挥发性LC/MS的应用n难挥发化合物的结构分析n极性化合物的结构分析n热不稳定化合物的结构分析n大分子量聚合、生物样品的结构分析LC/MS联用中的难度n1、从高效液相色谱流出的化合物存在于 大气压条件下的溶液之中。n2、质谱检测器是高真空n液质联机的接口必须解决：n 去溶剂化n 保留样品n 电离化合物1898 W. Wien 发现带正电荷的离子束在磁场中发生偏转。1910 J. J. Thompson 使用简单的电场-磁场组合装置, 获得了抛物线族的质谱, 证明了20Ne, 22Ne两种同位 素的存在。1918 A. J. Dempster 采用电子轰击技术使分子离子化。 1919 F. W. Aston 制得了第一台速度聚焦质谱仪。提出每种同位素的质子和中子在结合成原子核时, 具有特定的质量亏损(并非整数值)。 1942 商品MS出现, 用于石油精炼和橡胶工业。3、质谱发展史质谱不属波谱范围质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对 强度的谱, 谱图与分子结构有关 质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的 方法, 而分子式的确定对化合物的结构鉴定是 至关重要的。二、基本原理和结构1、进样Sample Introduction: Liquid Chromatography-MS (LC-MS)nDirect infusion of sample in solutionnSyringe pump: slow steady infusionnOutput from HPLCnSeparation and identification of componentsnVast majority of solution is solventnMust remove solvent to “see” analytenHistorically: extra pumping and heatingnApplicable to electrospray ionisationnESI: see later电子轰击电离 Electron Impact Ionization, EI化学离子化 Chemical Ionization, CI场电离，场解吸 Field Ionization FD, Field Desorption FD快原子轰击 Fast Atom Bombardment, FAB基质辅助激光解析电离 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI电喷雾电离 Electrospray Ionization, ESI大气压化学电离 Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI2、离子化的方法质谱的离子源质量分析器等要求要高真空: 10 4 105 Pa和105 106Pa。主要是保证离子基本不与其它离子和分子碰撞 ,有足够寿命,这样才能保证被质量分析器和检 测器捕捉到足够的数量,同时避免引起额外的 离子分子反应，改变裂解模型，使谱图复杂 化，如果有空气存在，离子源灯丝寿命会非常 短，还容易引起在高压下的加速离子产生放电 。3、为什么质谱需要高真空?真空系统：2级真空：n机械泵和涡轮分子泵n机械泵一般时前级真空，也就是在机械 泵把真空降到一定水平后才启动涡轮分 子泵，以保护分子泵。n所以仪器从大气压到真空合适的状态一 般要经过一段时间的。三GC-MS分子质量精确测定与化 合物结构分析的重要工具；第一台质谱仪：1912年；早期应用：原子质量、 同位素相对丰度等；40年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析；60年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析 ；促进天然有机化合物结构分析的发展；同位素质谱仪；无机质谱仪；有机质谱仪； n n19571957年，年，J C Holmes J C Holmes 等首先实现等首先实现 了了GC-MSGC-MS的联用。的联用。n n在所有联用技术中，在所有联用技术中，GC-MSGC-MS联用发联用发 展最早，技术最完善，应用最广泛。是目展最早，技术最完善，应用最广泛。是目 前有机物定性和定量分析最有效的手段之前有机物定性和定量分析最有效的手段之 一。一。GC-MSGC-MS联用仪器的分类联用仪器的分类l l按仪器的机械尺寸，可分为大、中和小型质谱按仪器的机械尺寸，可分为大、中和小型质谱 仪等；仪等；l l按仪器的性能，可分为高、中、低档质谱仪等按仪器的性能，可分为高、中、低档质谱仪等 ；l l按质谱技术，可分为四极杆、离子阱、飞行时按质谱技术，可分为四极杆、离子阱、飞行时 间质谱仪等；间质谱仪等；l l按分辨率，可分为高、中、低分辨质谱仪等。按分辨率，可分为高、中、低分辨质谱仪等。EI源能量较高的电子与样品分子碰撞，发生分子-离子反应，按照一定规律形成一系列的不同质量/电荷比的离子EI： （ ELECTRON IONIZATION）特点70eV下，电子轰击后得到的碎片比较 稳定，可以在不 同的时间和不同的仪器上实现比较：谱库检索。目前比较应用广泛的是：NIST（National Institute of Science and Technology） 库：64K张谱图NIST/EPA/NIH库：129K张谱图Wiley库：275K（可能包括不同来源的质谱图，内容 为相同化合物）CI（Chemical Impact）React Gas：一般为甲 烷、氨气、正丁烷等。反映气的作用是让高能 的电子首先与反映气碰 撞，然后再与样品发生 分子-离子反应，产生 的碎片相对较少，称为 一种更软的电离。质量分析器质量分析器是质谱仪的核心部件，因此常以质量分析器的类型来命名一台质谱仪。nSeparate ions according to m/z rationFive basic types of analyser: 1) Magnetic sector (electrostatic) 2) Quadrupole 3) Ion traps 4) Time of flight 5) FTICR质量分析器 Mass AnalysersMass Analysers: Factors to ConsidernUpper mass limit:nHighest m/z that can be detectednMay be offset by multiple chargesnResolution:nDistinct signals for similar m/z ratiosnTransmission:nRatio of ions reaching detector: ions producednCostMass Analysers: Resolution (Resolving Power)nAbility to resolve two signals of similar m/znResolved if valley is 105s，足以到达检测器。 寿命106-105 s的离子，从离子源出口到达检测器之前裂解并被记录的离子称亚稳离子，以m*表示. m*=m22/m1 亚稳离子的峰有不同程度的扩散，达23质量单位，这是因为m1+ 裂解时，部分内能转化为动能。 在质谱解析中，m*可提供前体离子和子离子之间的关系。 分子离子或准分子离子峰 质谱中分子离子峰的识别及分子式的确定是至关重要的. 分子离子峰的识别 假定分子离子峰: 高质荷比区,RI 较大的峰(注意：同位素峰)判断其是否合理: 与相邻碎片离子(m/z较小者)之间关系是否合理 m1231516171820丢失H·H2H2, HCH3OOHH2ONH2m = 4-14, 21-24, 37-38·····通常认为是不合理丢失判断其是否符合N律 不含N或含偶数N的有机分子, 其分子离子峰的m/z为偶数。含奇数N的有机分子, 其分子离子峰的m/z为奇数。 使用CI电离时，可能出现 M+H, MH, M+C2H5, M+C3H5 使用FAB时，可出现 M+H, MH, M+Na, M+K 较高分子量的化合物，可能同时生成 M+H, M+2H, M+3H等 分子离子峰的相对强度(RI ) 不同的电离方式, 其分子离子的RI不等。 不稳定的分子, 大分子, 其分子离子的RI较弱。 稳定的分子, 大共轭分子, 其分子离子的RI较强。 大约20%的分子离子峰弱或不出现. 其大致规律如下:采用EI:芳香族化合物 > 共轭多烯 > 脂环化合物 >低分子链烃, 某些含硫化合物 羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺)分子离子峰不出现或弱 脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物等 分子离子往往不出现 2、谱库检索：n 定性的依据（扫描模式scan）n常用商品库NIST库、农药库Wiley库四、在农残检测中的应用nGB/T 5009.146-2008植物性食品中有 机氯及拟除虫菊酯类农药多种残留的测 定nGB/T 5009.162-2008 动物性食品中 有机氯和拟除虫菊酯农药多组分残留量 的测定（第一法GC-MS）1、 GB/T5009.146-2008nGB/T5009.146-2008（3、4）植 物性食品有机氯及拟除虫菊酯的多种 农药残留的测定n40种有机氯和拟除虫菊酯n毛细柱，DB-5MS， 30m×.25mmnGC-MSn分析条件：He气：1.2ml/min,不分 流进样口、接口温度：280n柱温：程序升温50-180-270 n检测方式SIM，一个定量离子加2至32 个定性离子样品处理流程n25g丙酮提取，旋蒸，GPC净化，过活 性碳SPE柱，浓缩，乙酯乙酯定容至2mln检出限0.005-0.0125mg/kgn回收率在68-120%2、 GB/T5009.162-2008nGB/T5009.162-2008动物性食品中 有机氯和拟除虫菊酯农药多组分残留 量的测定（第一法GC-ECD）n36种有机氯和拟除虫菊酯，使用13C-六氯 苯和13C-灭蚁灵为同位素内标n毛细柱，CP-sil 8或等效， 30m×.25mmnGC-MSn分析条件：He气：6psi,不分流n进样口：230;接口温度285；离子源 250n柱温：程序升温50-150-185-280 n检测方式SIM，二个定量离子样品处理流程n1-20g提取方式因样品不同而不同， GPC净化，浓缩，正己烷至1mln检出限0.0005-0.002mg/kg3、 SN/T1978-2007进出口食 品中狄氏剂和异狄氏剂残留的测 定 气质法4、SN/T 2149-2008进出口食品中解草嗪、莎稗磷、二丙烯 草胺等种农药残留量的检测方法 气相色谱