热电GCMS色谱质谱联用仪polarisQ操作手册.pdf

Polaris Q 气相色谱离子阱质谱培训教材Version 1.0Thermo SID Application Training department- 1 - PolarisQ离子阱质谱培训教材Thermo目录 日程安排 4 第一章POLARISQ 离子阱 GC/MS 原理 51．进样部分 52． 离子源 63． 质量分析器 114 ．检测器 225．数据处理 22 第二章 XCALIBUR使用 24NSTRUMENTETUP1．仪器方法的设置IS 241．1 打开 Xcalibur 软件 241．2点击 Instrument Setup242．SEQUENCE自动进样列表的设置 293. QUALBROWSER定性分析浏览器333.1 打开文件 333.2 查看谱图 333.3 色谱峰积分 333.4 提取离子色谱图343.5 Layout 设置 344. PROCESSINGSETUP 数据处理 374.1 定量分析 374.4 、定性分析 445. MERLIN报告模版 476. 建立谱库 48 第三章仪器维护 561．载气 562．气体过滤器563． 进样垫 574 ．衬管 575．进样口端装柱586．新柱子老化处理597．MS 端装柱 598．气相面板的功能介绍609．离子源更换6110．添加校正气 6311．环境条件 6312．真空泵油 6413．电源要求 6514．开机 6515．关机 6516．MS 后面板 66- 2 - PolarisQ离子阱质谱培训教材Thermo17．自动进样器维护6618. 调协 66- 3 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo日程安排 第一天：AM ：讲解PolarisQ 单四极杆质谱的结构原理；软件Xcalibur 的结构组成，各界面的参数含义，及仪器方法的建立PM ：根据上午所讲解的内容在仪器上建立系列分析方法，包括全扫描检测，选择离子扫描检测，全扫描/ 选择离子交替扫描检测。

着重掌握选择离子检测过程中，离子选择的原理及扫描程序划分的原理，理解扫描速度的变化对数据采集点和信号噪音比的影响。 第二天 ：AM ：讲解数据处理，包括定性、定量分析、Merlin 报告模块和报告。PM ：上机实习，要求掌握使用工作站能够自动的完成定量，定性分析。掌握根据提取离子，寻找目标化合物的能力，并对所找到的目标化合物编制相对应的谱库，进行自动检索。 第三天：AM ：根据教材，结合仪器，讲解仪器的日常维护和保养。包括气相色谱的维护，质谱离子源的清洗，仪器的开关机，仪器的状态分析，常见问题的解答和自动调协（Tune ）。PM ：经验交流，合影留念。- 4 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo第一章PolarisQ 离子阱 GC/MS 原理气质最早在1957 年由霍姆斯（J.C.Holmes）和莫雷尔（F.A.Morrel ）首次实现。 对于台式 GC/MS联用仪系统一般由五个部分组成 , 分别为：1. 进样部分；2. 离子源（对样品进行离子化，使其能被质量分析器所检测到）；3. 质量分析器；4. 质量检测器；5. 数据分析系统。如下图所示，这五个部分中离子源、 质量分析器和质量检测器是处在高真空状态下。

1 ．进样部分对于质谱来说，进样仪器为气相色谱和直接进样杆。而对于气相色谱来说，进样部 分为进样口，下图即为分流式进样口的结构图。对于进样口，用户日常接触的部件为进 样垫、衬管等两项。有关这两项的日常维护在本教材的第三部分仪器维护中将有详细介 绍。对于进样口的分类，一般常用的有分流进样；不分流进样；冷柱头直接进样；程序 升温进样口 (PTV) 和填充柱进样口等。对于残留分析，最为常用的进样口为不分流进样 口。在进样口端，对于气路一般有载气流入进气口，两路出气口分别为隔垫吹扫和分流 管路。- 5 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo 2 ． 离子源离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这些离子在离子光学 系统的作用下，汇聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分 离。有机质谱仪常用的离子源有：电子轰击电离源（Electron Impact Ionization Source， EI ），上图结构即为EI 离子源；化学电离源（Chemical Ionization Source，CI ），其中 CI 又可以分成PCI （Positive Ion Chemical Ionization ）和 NCI （Negative Ion Chemical Ionization ）；DCI （解析化学电离源：Desporption Chemical Ionization Source），FI （场致 电离源： field ionization source ）等。

- 6 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo电子轰击电离源（ EI ）是气质联用仪中应用最多的离子源。所有的气质都配备EI 源，如对应离子源结构图。上下面是磁铁，形成一个磁场对灯丝发射的电子进行加速， 同时形成电子旋转可以加大样品碰撞的概率。在离子源中， 对应 N 极的装置为灯丝， 产 生激发电子，轰击样品分子。通常电子流强度为100-300 μA ，改变灯丝和离子盒之间 的电位可以改变电子的能量。当电子能量较小时， 如 7~14eV，电离盒内产生的离子主要是分子离子。当加大电子 能量如 50~100eV，产生的分子离子由于带有多余的能量，会部分产生断裂（电子轰击 分子产生分子离子后多余的一部分能量会使分子离子产生断裂），成为碎片离子。可以 使用降低电子能量的方法来简化质谱图，但要注意电子能量太低，电离效率也降低，产 生的分子离子将会很少，使得检测灵敏度降低。由于现有的标准电子轰击电离谱图（EI- 7 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo 谱图）都是在70eV 电子能量下得到的。因此在进行EI 谱库检索时，电离电压必须是 70eV。否则，检索出来的结果是有错误的。

EI 源的特点是稳定，操作方便，电子流强度可精密控制，电离效率高，所得的质谱 图重现性好。但是EI 源要求被测试的有机样品必须是能够气化的。有些化合物稳定性 差，用 EI 方式不易得到分子离子，因而也就得不到分子量。为了得到分子离子峰可以 采用 CI 电离方式。CI 是利用反应气体（甲烷、异丁烷、氨等，而且反应气的量要比样品气的量大得多） 的离子和有机化合物样品的分子发生分子-离子反应而生成样品分子的离子的一种“软” 电离的方法。CI 在结构上与 EI 没有太多的差别，只是化学电离源的电离盒要有较好的密封性， 使电离盒内反应气达到离子- 分子反应所需要的压强，而又能保证整个电子源的真空。 在电子的轰击下，甲烷气首先被电离，上图中的第一个反应式。电离的甲烷离子与分子 进行反应，生成加合离子，如下图。- 8 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo样品分子则与这些加合离子发生反应：一种是发生质子转移，样品分子得到一个质 子，形成 [M+1] + ；第二种是样品分子丢失一个质子，形成 [M-1] + ，这种反应的几率不高， 甲烷的加合离子形成加合物，形成[M+29] 和[M+41] 。

CI 源是一种软电离方式，它主要是形成分子离子峰，具有较高的灵敏度和选择性， 碎片较少。而EI 源是一种硬电离方式，对于一个特定的化合物而言，它会形成特征的 碎片峰，提供具有很多信息的指纹图谱。- 9 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo 对于负化学电离的优点有以下几点：1）有很强的分子量信息；对于多数有机化合物来说；2）负 CI 质谱图灵敏度要比其正CI 的质谱图高出 2-3 个数量级。 （只对电负性强的离子反应，如 CI ，F 等），因此灵敏度就上去了；3）对卤化化合物的选择性很好；4）以用于分析复杂的混合物从下图可以看出， Thermo的四极质谱和离子阱质谱的离子源中EI 源是敞口的，- 10 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo CI 和 EI/CI 源封闭且有个小孔。 Thermo 对于离子源的更换具有专利设计――真空锁定 装置，此装置可以在不泻真空的情况下实现离子源的更换，节省做样品的时间。 3 ． 质量分析器质量分析器是质谱仪的核心，心脏部分。它将离子源产生的离子按其质量和电荷比 （m/z，m-离子的质量数， z-离子携带的电荷数）的不同进行分离，得到按质荷比（m/z） 排列而成的质谱图。

质量分析器的种类很多：有磁质量分析器，四级质量分析器（四级 杆滤质器），飞行时间质量分析器，离子阱质量分析器等。分析中常用的为后三种质量 分析器。 四极杆质谱（Quadrupole MS Filter ）四极杆质量分析器是由四根笔直的金属或表面镀有金属的极棒与轴线平行等距离 排列构成的，棒的理想表面为双曲面。在X ，Y 轴方向的杆上分别加上急性相反的高频 电压，当离子从离子源中加速飞出进入四极杆后，只有与四级杆上所加的对应电压相匹 配的离子才能通过四级杆检测器，其余离子便打在四级杆壁上被过滤掉。四极杆质量分析器采用的是过滤式分离的方式逐一将离子分离，因此该质量分析器 又被称为四极杆质谱过滤器。对于不同质量数的离子，在整个分析器的电场中存在着其 自身对应的稳定厂区，当质量分析器所设的电压通过某个离子的稳定厂区时，该离子便 会通过质量分析器而进入检测设备中。 离子阱质谱（Quadrupole Ion Trap MS）离子阱实际上通过电场和磁场将气相离子控制并储存的装置，由一个环形电极和上 下的端盖电极构成，以端盖电极接地，在环形电极上加以变化的射频电压，以保证处于- 11 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo 阱中的合适的离子在稳定的轨道上旋转, 当离子源产生的离子进入阱中后，射频电压开 始扫描，储存在阱中的离子便会依次被提取到检测器中。

当前，商品化的离子阱质谱仪在质量分析器与离子源结合上主要有两种方式：内置 式离子源和外置式离子源。内置式离子源将质量分析器与离子源结合在一起，离子的生成过程和质量分析都是 在离子阱中完成。这种质谱仪由于离子化和质量分析过程同时在阱中完成，加之所有的 待分析物均进入阱中，导致了离子的提取过程中存在一定的不准确度。同时由于阱的体 积有限，决定了进入阱中的离子数目是有限的，所以当有较多的样品离子进入阱中后， 会稀释目标物的离子数，而使定量结果发生变化。- 12 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo外置式离子源的离子阱，其离子的电离过程与质量分析过程分开来完成（图1.6 ）。 化合物分子进入离子源，被打碎，电离生成不同质量数离子，这些离子随后经过三个透 镜聚焦进入的阱中 , 完成质量分离后逐一进入检测器中。与内置式离子源的设计相比， 外置式离子源的离子阱能够进一步的排除基质对阱的污染，提高离子提取的准确性，使 定性和定量更为准确。与四极杆质谱相比，离子阱质谱最大优点是可以实现二级质谱（MS/MS ）分析，提 高了质谱定性的准确性。 通过对锁定存储的母离子进行碰撞诱导解离（Collision induced dissociation）反应， 得到母离子和子离子兼有的二级质谱图，从而排除其它离子的干 扰，获取更为准确的定性信息。

- 13 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo 扫描方式对于离子阱质谱具有三种扫描方式：全扫描，选择离子扫描和二级质谱扫描。当离 子进入到阱中，在场的作用下，以一定的轨迹在阱中旋转。- 14 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo通过改变场的电压，从而实现不同的扫描方式。离子在阱中储存时，为了保证存储 的稳定性，阱中会加入适当的氦气作为缓冲气。缓冲气的流速变换会影响最终检测的分 辨率和灵敏度。- 15 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo对于离子阱质谱，不同扫描方式的实现是通过加载的电压变化来实现的。对于全扫描检测，碎片信息多，定性准确，但灵敏度低且易受干扰。与四极质谱不 同, 离子阱质谱可以对存储于阱中的离子进行多次扫描,仪器称之为 microscan。 离子阱 质谱所构建的色谱峰的每一个数据点都是由一个或多个这样的微扫描（μscan 或 microscan）组合而成的。- 16 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo与全扫描检测不同，选择离子扫描技术可以有效的去除基质的干扰，同时可获得较 高的灵敏度。但是，由于选择离子技术只采集几个离子进行扫描，这就决定了这种扫描 方式只能提供较少的定性信息，使定性结果存在一定的不准确度。

- 17 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo二级质谱检测是离子阱较单四极质谱的最大优势，从下面的两张图中可以看出三重 四极杆质谱实现的为空间上的串联质谱，离子阱质谱为时间上的串联质谱。- 18 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo以下系列图为离子阱质谱实现二级的过程图- 19 - PolarisQ 离子阱质谱培训教材Thermo- 20 - PolarisQ离子阱质谱培训教材Thermo传统的扫描方式，在一个窗口中只能完成一种扫描（全扫描或选择离子扫描）。然 而对于 POLARISQ ，在同一个窗口内可同时进行以数据采集点为单位的选择离子和全扫 描的交替扫描。这种扫描方式类似与二级质谱中的MRM 扫描，不同的数据点以不同的 模式进行扫描。扫描的色谱图如下图，不同扫描方式的数据点交替在一起。对于这样的 色谱图， POLARISQ 可通过 AutoFilter自动将这些色谱图拆分。RT: 13.00 - 15.9114.55NL: 1.45E6100TI C M S060315-2ppmshift806014.534014.562013.2213.4713.7314.2115.0015.5715.7014.55NL: 1.45E6100TI C F: + c Full ms [e50.00-400.00] MScn 80a060315-2ppmshiftdnub 60Aevit 40aleR2013.2213.4713.7314.2115.0015.5715.7014.54NL: 6.03E5100TI C F: + c SI M m s [