一、实验目的
了解气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）的组成结构及各部分功能；掌握GC-MS测定挥发性有机物的原理和特点；掌握热脱附方法的采样及与GC-MS的联用方法；掌握谱库检索定性的基本方法及外标定量方法和特点；了解利用弱极性毛细管柱测定非／弱极性有机物的注意事项。
二、实验原理与仪器结构
1.气相色谱-质谱联用仪的组成
气相色谱-质谱联用仪也与普通的气相色谱仪类似，由载气系统，进样系统，分离系统，检测系统和记录系统组成，特殊的是，其检测系统是质谱仪，质谱仪可以看作是气相色谱的检测器。
2.质谱仪
质谱仪包括离子源，质量分析器，检测器（打拿极和电子倍增器）等部件。由气相色谱柱分离后的待测物质在离子源中以电子轰击或其他的方式离子化，形成各种质荷比（m／z）的离子。在质量分析器中，离子按不同的质荷比分离，到达打拿极和电子倍增器，其强度被测量，从而被测物质的分子量和结构信息确定。按照质量分析器的不同，质谱仪可分为四极杆质谱仪，离子阱质谱仪，飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。本实验使用的是四极杆质谱仪，原理示意图如图5-7所示。
图5-7 单四级杆GC-MS工作原理示意图
3.谱库检索的定性方法
以相同的70eV 能量电子轰击样品束，同一种物质应具有相同的质谱图。国际上通用的标准质谱库收集了大部分已知化合物在70eV 电子轰击电离源下产生的质谱图，如NIST 库。用未知物组分的质谱与质谱库中的标准图比对，按照相似度可排列出可能的化合物。如果要进一步确认，则需用标准样品进样，以保留时间辅助确定。
4.外标法定量（略，见实验5.2）
5.非极性／弱极性毛细管气相色谱柱
苯系物是非极性的化合物，部分有弱极性，针对苯系物样品的测定，选择固定相为5%苯基-95%二甲硅亚芳基硅氧烷的非极性柱DB-5MS，“MS”是指针对质谱检测器设计的低流失气相色谱柱。
6.热脱附进样
将装有吸附剂（如Tenax TA）的吸附管接在一个经流量校正的大气采样泵上，以一定流速（50～200mL／min）采集一段时间，则所采气体中的有机物被捕集到吸附管中。将吸附有待测物的吸附管置于与GC相连的热脱附装置上。当热脱附装置快速升温时，挥发性组分从固体吸附剂中释放出来，随载气进入GC进行分析。
三、实验条件
1.仪器设备
Trace DSQⅡ气质联用仪（美国Thermo Fisher公司），TurboMatrix ATD 热脱附仪（美国Perkin Elmer公司），色谱柱：DB-5MS（30m×0.25mm×0.25μm），高纯氦气，高纯空气。
Tenax TA 吸附管（60～80目，200mg）若干，低流量采样泵（盐城鑫宝），2mL 色谱进样瓶若干，10μL微量进样针。
2.试剂与样品
标准储备液：2 000mg／L的九种苯系物（甲醇）标准溶液（苯，甲苯，氯苯，间二甲苯，苯乙烯，异丙苯，正丙苯，1，3，5-三甲苯，叔丁苯）。
待测样品：乘用车内空气，用Tenax TA 吸附管参考标准《HJ／T 400—2007车内挥发性有机物和醛酮类物质采样测定方法》采集的样品若干。
3.测试参数
（1）热脱附条件：干吹1min，270℃解析5min；二段式脱附模式，冷肼-30℃，以40℃／s升至270℃，脱附10min，脱附流速50mL／min；柱压力125kPa，出口分流100mL／min。(www.xing528.com)
（2）气相色谱条件：进样口和柱流量不设，色谱柱初温40℃，保持3min，以2℃／min升至60℃，保持1min，8℃／min升至180℃，保持1min。
（3）质谱条件：接口温度180℃，离子源温度200℃，0min开始采集数据，全扫描范围35～350m／z，SIM 扫描：m／z 77，m／z 78，m／z 91，m／z 92，m／z 104，m／z 105，m／z 106，m／z 112，m／z 120，m／z 134。
四、实验步骤
1.液体标准样品配制
取3个2mL色谱进样瓶，先用1mL移液器分别加入995μL，980μL，950μL 甲醇，然后用微量进样针或移液器分别加入5μL，20μL，50μL 2 000mg／L的标准储备液，配制10mg／L，40mg／L和100mg／L的苯系物标样。
2.标准样品吸附管制作
取3根预老化的吸附管，打开吸附管一端螺母，用10μL 微量进样针分别取10mg／L，40mg／L和100mg／L的苯系物标样1μL，注入吸附管中的不锈钢滤网上；另外取两根吸附管，分别注入4μL 和10μL 的100mg／L 的苯系物标样，5根吸附管中分别含苯系物标样10ng，40ng，100ng，400ng和1 000ng。将吸附管连接至气相色谱填充柱进样口（或者其他装置），用100mL／min高纯氮气吹吸附管5min，取下后立即用螺母密封吸附管两端。
3.采集样品
将预先老化好（280℃，45min）的吸附管用硅胶管连接在采样泵的进样口上，放置在门窗紧闭的车内中心点位置上，以100mL／min的流速，采集30min。同时，在两辆车上采集样品，每车采集两个平行样。
4.仪器准备和上机分析
设置仪器方法，将标准样品吸附管和样品管按顺序放置在热脱附仪上，在GC-MS上设置相应采集序列，点击“run sequence”（运行序列）开始测试。
5.测试结束后，将“standby”（待机）方法传给GC-MS，关闭热脱附仪，记录所需数据。
五、实验结果与数据处理
测试结束后，调出标准样品的全扫描（Full Scan）质谱图。通过标准质谱库检索，对每个峰进行定性分析，确定要定量的9种组分的保留时间，典型的总离子流图如图5-8所示，峰1～9是目标组分。调出SIM 图（或Full Scan图），对这些色谱峰进行积分处理，记录每个峰的峰面积，作出各组分的峰面积与浓度的外标法标准曲线图。同样方法对样品的色谱峰进行定性，并根据标准曲线计算所测样品中相关组分的实际含量。
图5-8 九种苯系物在GC-MS上的总离子流图
注：1—苯；2—甲苯；3—氯苯；4—间二甲苯；5—苯乙烯；6—异丙苯；7—正丙苯；8—1，3，5-三甲苯；9—叔丁苯
六、问题与讨论
1.热脱附管中常用的填料有哪些，各自适用范围是什么？
2.热脱附法可以测定空气中的半挥发性有机物吗？请举例说明。
七、注意事项
1.GC-MS使用前需做仪器性能检查，如真空度是否合格，检查水峰、N2峰、O2峰比例来看仪器是否漏气；用全氟三丁胺（PFTBA）调谐仪器，其响应强度和离子丰度比例能反映质谱仪的灵敏度和分辨率；进50mg／L对氟溴苯（BFB）1μL，用来检查GC-MS的综合性能：要求BFB峰不拖尾，且各碎片离子相对丰度符合要求。
2.采样前的吸附管均需老化，以保证无残留。开始测试标准样品管和待测样品管前，需做单独的GC-MS空白和ATD-GC-MS空白，空白吸附管空白，以便处理样品数据。
3.如果实验目的为判断乘用车空气质量是否符合国家质量标准，则需按照采样标准要求，乘用车应在采样前打开所有车窗、车门，静止至少6h，之后再密闭，静止16h后采样。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
