干货 丨 GCMS的那些事儿

《明朝那些事儿》以不失雅趣的通俗话语，将大明王朝波云诡谲的276年史诗画卷呈现给读者，让人读罢酣畅淋漓。今天，小编整理了一篇《GCMS的那些事儿》，以问答的形式给大家分享在GCMS使用过程中遇到的一些问题，一起来看看吧！

  01  

Q：EI离子源为什么常使用的电离能量是70eV？

A：对于EI离子源，我们知道常使用的电离能量为70eV，包括标准的质谱数据库收集的几十万张化合物的质谱图都是在70eV的EI离子源下生成的。下面就来说明一下，首先我们通过一个分子量为88的化合物质谱图与离子源电离能的关系，看看不同电离能下，化合物的质谱图有何区别，质谱图如下：

该化合物的分子离子峰为m/Z 88，当电离能增大时，可以看到，分子离子峰的强度减弱，而子碎片离子，诸如：m/z 43、60、70则相应增强，因此说明电离能增大时，分子离子峰发生了碎裂，生产出来了更小的碎片离子。

我们知道一般的化合物的电离能在10eV，当电离能越大时，产生的碎片也就越丰富，那么电离能与电离有什么关系呢，请看下图：

可以看出，当电离能增大时，化合物的电离效率也随之增大（纵坐标），当电离能达到70eV时，化合物的碎片产生趋于稳定，也就是各碎片的相对丰度趋于稳定，在此条件下获得的谱图重现性Z 好，因此指纹谱都是在70eV下获得的。

有的GCMS仪器，其离子源的电离能大小是可调的，我们知道70eV的电离能实际是一种很“硬电离”技术，目的是将化合物完全打碎，那么如果我们降低离子源的电离能，虽然牺牲了重复性，但是可以尽量减少分子离子峰的碎裂，在标准的70eV的电离能下某些化合物的分子离子峰非常不明显，而降低电离能，有利于发现目标物的分子离子峰，对于未知物的分子量的确定有重要意义，有类似于CI离子源获得谱图信息的效果，便于化合物结构的鉴定。

  02  

Q：GCMS为什么需要真空的环境？

A：质谱检测的是气相离子，离子从离子源到达检测器不能偏离正常的轨道，为了精确地控制离子的运动轨迹，保证离子束的良好聚焦，得到应有的分辨率和灵敏度，需要限制影响离子运动的各种因素，其离子运动，与电场、磁场、温度、压强有关，压强大，气体密度大，离子与分子的碰撞概率高，使得离子偏离正常的轨道，只有在较低的压强下，离子才有足够的平均自由程飞向检测器，（平均自由程，是离子运动时，不发生相互作用的距离，压强越低，自由程越大，飞行过程中就越不受到其他分子干扰），如果分子与离子发生了碰撞，离子碎片就变得复杂，它就不是简单的化合物裂解的特征碎片，而是一些反应碎片，而化学反应的复杂性，就导致了通过碎片信息能获得分析化合物的复杂性，另外，也会使得获得谱图的重现性变差，因此真空度对于获得关键、准确的化合物信息以及精确的定量分析，是至关重要的。

  03  

Q：自动调谐时为什么要看m/z 69、 219、502的丰度比，JD强度，半峰宽，同位素丰度？

A：对于GCMS的调谐，主要是通过调节离子源、质量分析器、检测器的各个参数，以期获得需要的分辨率、灵敏度、准确的质量测量以及正确的离子丰度，并且了解仪器状态是否正常，满足我们分析检测的性能指标。对于GCMS（四极杆质谱），常用到的调谐物质为全氟三丁胺，因为其容易挥发，稳定性好，碎片质量范围宽，仅有13C和15N同位素，以下是全氟三丁胺的EI标准谱图：

通过观测涵盖低、中、高三个质量宽度离子碎片的的离子丰度，来观测仪器是否正常，是否可以达到正常的分辨率及灵敏度，并判断仪器状态，及质量测定的准确性如何，以下是对自动调谐的判断：

1.峰型是否平滑对称，半峰宽大小，同位素峰是否出现及其比例是否正确，以此来确定仪器的分辨率是否合适。

2.基峰m/z 69的强度（至少接近107)，反应了仪器的灵敏度，可以通过观测其JD强度，判断仪器是否达到了检测要求的灵敏度。

3.m/z 219及m/z502的相对丰度应该为m/z69（基峰）的40%以上和2%左右。

4.若推斥极电压和倍增器电压偏高，说明离子源比较脏。

5.关注本底峰，如：m/z 18、28、32、44的强度，及相对丰度，判断仪器是否漏气或者收到污染。

  04  

Q：分子离子峰反应了化合物的分子质量，对于初步确定可能的化合物结构非常重要，那么怎么确定分子离子峰呢？

A：有机化合物在一定能量的电子轰击下，失去一个电子，形成一个带正电荷的分子离子，在EI谱图中，80%的化合物可以看到分子离子峰，只有少数的化合物观测不到明显的分子离子峰，分子离子峰提示出了化合物的准确分子量，如果使用高分辨质谱，还能提供精确的分子量，精确的分子量从而确定了可能的化合物的分子式，那么怎么判断分子离子峰呢？

形成分子离子峰必须满足以下三个条件：

1.在质谱图中（扣除空白）是ZG质量的离子

2.必须是一个奇电子离子

3.在高质量区，他能合理的丢失中性碎片而产生重要的碎片离子

因此可以通过如下判断分子离子峰：

1、在质谱图中，分子离子峰应该是ZG质荷比的离子峰（同位素离子及准分子离子峰除外）。

2. 分子离子峰是奇电子离子峰。

3. 分子离子能合理地丢失碎片（自由基或中性分子），与其相邻的质荷比较小的碎片离子关系合理。即在比分子离子小4~14及20~25个质量单位处，不应有分子离子峰出现。

4. 氮规律：当化合物不含氮或含偶数个氮时，该化合物分子量为偶数；当化合物含奇数个氮时，该化合物分子量为奇数，运用N规则有利于分子离子峰的判断和分子式的推断，经过元素分析确定化合物含有N元素后，若高质量区的离子质量不符合N规则，则表明该某个离子一定不是分子离子。

5.高质量区的重要离子加和一些可能的中性碎片，其分子量和ZG的分子量的碎片相对应，通过反推法，确定某离子是不是分子离子。

6.碎片离子的元素组成（高分辨质谱确定），一定包含在分子离子峰的元素组成内，若不能匹配，则不是分子离子峰。

7.对于分子离子峰不出现或者很低，可以使用CI或者降低EI的电离能，相对改成较软的电离方式，以使得分子离子峰显现。

8.得不到稳定的分子离子峰，可以通过衍生化，如：通过乙酸酐、酰氯等衍生化，使得化合物有稳定的衍生化的分子离子峰，去掉衍生化物的分子量，来反推化合物的分子量。