源于气相色谱质谱仪在毒化检验和书写材料鉴定中的应用方法和技巧---有机质谱法:
●原理:
试样分子离子化后按不同质荷比分离并记录质谱的装置称质谱仪。利用有机化合物的质谱图可以进行定性分析,同样利用某些特征离子的强度可以进行定量分析,但是它要求样品为单一的组分。当使用气相色谱与质谱联用时,通过前者分离给分,后者对该组分进行实时的鉴定,构成了气相色谱-质谱的联用分析。
(二)实验方法
●气相色谱质谱联用
GC条件的设置:
按照GC实验惯例,汽化室的设置温度稍高于*高实验柱温。对于易挥发的样品,则可低于柱温,甚至采用柱头进样。由于GC/MS联用与单独使用GC不同,故线速度和柱头压都需经测试后重新调整。GC进样方式分为分流与不分流进样。对低浓度样品的测定,不分流进样有其优点,不分流时间通常定在0.7~0.8分钟,分流比一般设定在1:20左右。线速度为30㎝/秒为佳。
接口温度的设置
填充色谱与质谱联用时需要复杂的接口装置。它们的操作要求和实验温度设置应参照厂方提供的说明书。对喷嘴型的接口要特别注意防止气流向喷嘴口方向倒流,造成喷嘴的堵塞。毛细色谱与质谱联用时通常有二种接口,一种是简单的直接导入装置,一种为开口分流接口,后者适合大口径毛细管柱的联用。直接导入装置为大部分GC/MS联用仪采用。接口温度通常设置在等于或稍低于*高实验柱温。
质谱仪离子源温度的设置
它取决于被分析样品的汽化性能。容易污染的、难汽化的样品适当地提高离子源的温度。一般允许低于*高实验柱温50℃。
电子能量和倍增器电压的设置
电子电离时,电子能量的标准设置为70ev,这是获得谱图的标准条件。除非特殊的实验条件,需要指定的电子能量值。高的倍增器电压使仪器具有高的检测灵敏度,但先决条件为仪器本底应当很低。高的化学噪声情况下,增加倍增器电压往往见效不大。倍增器电压与它的寿命是成反比关系,因而不必要长时期将倍增器放在很高的电压下工作。
●毛细管色谱柱的选择和使用
选择何种色谱柱取决于被分析的对像,SE30,SE54,OV1701,FFAP,PEG-20M均可供选用。低本底柱流失的交联弹性石英毛细管柱被普遍使用。尽可能使用国际上通用牌号的毛细管柱,使国内外实验的数据和本实验室的数据互相印证、参照、借鉴,尤其对复杂体系的组份鉴定是有价值的。除PEG-20M柱外,其它类型的柱要避免使用含水的溶剂,尽可能使用中等极性或非极性溶剂作样品的载体。典型的毛细管柱的老化方法是每分钟1-2℃速率升至低于柱的*高恒温温度10-20℃,保持该温度8小时以上。老化的效果是从程序升温获得的GC/MS的本底图上观察,以一条低强度值的直线为佳。
预实验
在分析样品前,需要进行预实验。首先检查仪器的空气峰;其次观察仪器的调谐表并调整诸电极的电位值,确保仪器具有足够的灵敏度;*后按照被分析样品的实验程序运行一次,以观察基线和本底。要求基线平稳、无峰,否则按3.4处理。
2.进样和离子模式选择
●直接进样
有足够纯度的固体或半固体样品,可以用直接进样分析。样品的纯度通常由色谱法(如薄层色谱,高效液相色谱)进行核对,必要时进行色谱制备,获得纯净的样品。直接进样的灵敏度低于GC/MS,样品用量大约为后者的10~100倍。
●GC进样
毛细管色谱进样≤2微升,填充柱色谱可达10微升或更高一些。
电子电离
若大于1%相对丰度的分子离子峰存在作为界限,则70%~80%分子量低于600u的有机物可用EI分析。但是对GC/MS分析来说还必须加上能通过GC的色谱柱而不发生分解为条件。
●化学电离
可分为正、负离子化学离子化。其主要优点是由于软电离方式而能获得试样的分子量信息。对特殊试样,灵敏度还高于电子电离。完成CI分析的关键是根据不同的反应气正确调整各反应离子的**强度和相对强度值。如常用的CH4反应气,m/z17:29:41=100:90:10,在给定的离子源真空和离子化室压力的范围内使上述离子**强度*大。
3.仪器本底峰的检查
仪器本底峰来自于扩散泵的介质(如聚苯醚),机械泵油(高沸点的碳氢化合物),柱流失(如含硅化合物),残留样品(通常被分析样品在加热的离子源中很容易被抽走,但少数样品有强的记忆效应)。这些构成了本底峰(也称化学噪声)。它可以由质谱本身进行鉴定。必要时烘烤离子源,甚至进行源的清洗。若本底峰来自柱流失,则需要继续老化色谱柱。记忆效应除了考虑柱被沾污外,还应考虑气化室和进样口的吹扫系统。
4.工作模式
●全谱
作为未知物的鉴定需要获得全谱。扫描的质量范围在低质量端尽可能低,这取决于空气本底峰的强度和试样量的多少;高质量端比预测的分子离子峰高50个质量单位为宜。对GC/MS,扫描速率应优于500质量单位/秒,使一个毛细管谱峰至少可得10张质谱图。
多离子检测
作为已知化合物的检出和纳克量级的定量,可以使用多离子检测。在四极杆质谱仪中它的灵敏度一般高于全谱1~2个数量级。尽可能挑选高质量的离子作为特征离子。
定量
与其它分析方法相同,质谱的定量方法也是二种,即外标法和内标法。直接进样方式获得定量数据是利用TIC的面积或特征离子的面积,但误差很大。GC/MS定量具有误差小和灵敏度高的优点。尤其在纳克或更低的量级上使用同位素内标法定量是质谱法的一个特点,其它分析方法是无法实现的。
5.准确性与误差
●定性确认的条件
质谱的定性分析至少需二次实验得以重复。对被鉴定的物质做出确认的结论,基本条件为有相同的保留时间(彼此的误差应与GC法的要求相同)和质谱的谱库检索匹配率不低于80%。在没有标准谱图的情况下,与标准样品的质谱图相比,强度大于10%的峰均应存在,且在��图中平均的相对丰度误差不超过±20%。要特别注意,由于异构体的存在,尤其是立体异构、同系物、类似物,它们彼此有相近的谱图,并在常规柱上有几乎相同的保留时间。
定量的误差
质谱的定量以二种方式实现,一是质量色谱图的特征离子,二是多离子检测。定量的误差与定量方式、方法以及定量的量级有关。多离子检测灵敏度高于前者,但定量误差也大。若采用质量色谱法和内标法定量,则误差主要取决于定量的量级,后者实际与离子的统计性有关。当被测离子数目达到103,其误差在±5%左右。考虑到微量物证的样品量在ng-μg之间,由于样品的处理和注射时引入的误差,实际误差在5~10%。
(三)现场检材的处理和试样制备
●适用检材
质谱分析适合于能够汽化的试样或者通过试样的化学修饰制备成易汽化的衍生物。现场提取的检材非常复杂,干扰物质比较多,因此根据检验对像的不同进行必要的处理,甚至是净化,然后制备成符合分析要求的试样。
检材的处理
微量物证从质谱分析的角度可分为二类,即低分子物质和高分子物质。常规的质谱分析,尤其是GC/MS,其对像是低分子物质。但并不是所有低分子物质能实现GC/MS,这取决于能否容易汽化以及热的稳定性。对合成高分子物质,如塑料、橡胶、纤维、油漆等,其常规技术是热裂解成低分子,然后作GC/MS分析。由于大部分合成高分子,还有许多更适宜的鉴定,只有橡胶适宜于裂解GC/MS分析。溶剂提取经常是样品处理的**步。对于爆炸残留物和射击残留物*适合的溶剂是丙酮;矿物油、动植物油脂使用乙酸乙酯;火灾现场的纵火剂残留物宜用二硫化碳。染料等有色物质的提取,视具体对像而定,但极性溶剂比较通用。经**步处理的试样,有的可以直接进行GC/MS分析如纵火剂、矿物油、射击残留物等,但有的因为基体的干扰还需要作进一步净化处理。如爆炸残留物需要用薄层色谱分离、净化;染料及有色物质由于基体如油脂、可溶性合成树脂的存在也需要用色谱分离、净化。
动植物油脂不能直接做GC/MS,需进行化学修饰,将它们水解成脂肪酸,再进行甲基化后供分析使用。
使用一些专用装置是可以简化检材的处理。例如顶空和热脱附装置。可以直接使用火灾现场提取的一些检材。上述的热裂解装置也可以认为是橡胶检材的专用装置。
试样的制备。
●气体或气态度试样
气体或气态试样*宜用GC/MS分析。直接从现场提取而不必进行处理。现场采集有二种方法,一是球胆,一个是吸附管。前者直接用GC/MS,即用针筒抽取球胆中气体,再注射到GC的入口,这适合大浓度的组分测定;使用吸附管的热脱附装置,对低浓度测定有效。
●液体和溶液试样
大多数的质谱分析是采用溶液试样。首先要估计大约的浓度。因为质谱分析,尤其是GC/MS,有很高的灵敏度,除非有丰富的经验,常规实验是从低浓度开始。微量物证属于超微量范畴,故其质谱分析对有机容剂有较高的要求,主要考虑有机溶剂中高沸点杂质的干扰。使用高纯度(*好为色谱纯)、低沸点、中性溶剂,如已烷、二氯甲烷、甲醇等,必要时精制。含水的试样必须有机溶剂提取或固相提取才能进行GC/MS分析。特别应注意液体样品。易挥发的可直接注射,但注射量必须严格控制在0.1微升以下,且分流进样,以避免过载并造成对仪器的严重污染。粘稠的液体要用合适的溶剂,如同固体样品那样,进行溶剂溶解,配成溶液。
●固体试样
与气体和液体相比,固体试样的分析要复杂一些。如它有足够的挥发性则使用GC/MS;若不易汽化又难以进行化学修饰,则需要有足够的纯度,利用直接进样或者其它离子化技术进行分析,如染料或其它有色物质。
●微量物证的试样在质谱分析时常见的干扰物质
手上的油脂、器皿上的硅油脂、溶剂中的高沸点碳氢化合物、塑料制品的增塑剂(如石蜡、**脂肪酸、邻苯二甲酸酯)和抗氧剂(如2,6二特丁基对甲酚),橡胶中的老化剂(如N-苯基-萘胺)和促进剂(如秋兰姆)。这些物质会严重影响质谱分析或者影响试样的鉴定。
(四)分析结果的表述
●定性分析的谱图或数据表
谱图和数据表二种形式,以谱图更为直观,宜于检索和释谱。数据表以m/z大小排列,每个m/z值后均有相对丰度%。适宜于计算同位素丰度,推测离子可能含有的元素及其组成式。
●计算分析表
定量分析结果以表的形式表达,通常包括下面几栏:
化合物名称、分子量、分子式、含量%并附上标准曲线(包括数学式和相关系数)。
若GC/MS定量则加上峰号。若为内标法定量应注明内标物的名称及其浓度。
●定性和定量分析的结果表达
结果表达应简单明了,指明被鉴定组份的化学名称、分子量、分子式以及它们在检材中的含量(如果有定量需求)。附上图谱或数据表和定量分析表。标准比对的谱图或数据也应包括在内。凡用谱库检索的,需把匹配的谱图及匹配率注明。若用GC/MS分析,则附上总离子流图并指明保留时间。
关于气相色谱质谱仪在毒化检验和书写材料鉴定中的应用方法和技巧还有很多的不足,还请指正。