气相质谱原理和应用介绍.pptx
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气相质谱原理和应用介绍.pptx
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1,气相质谱,2,内容介绍1)气相色谱基本组成2)气相色谱三重四极杆质谱的优势和工作原理介绍3)气相色谱三重四极杆质谱在食品安全中的应用,气相色谱仪的主要组成部分,气体载气用于传送样品通过整个系统的气体。
检测器气体某些检测器所需的支持气体,如FID需要氢气、空气。
样品引入将样品蒸气引入载气,该过程应对样品蒸气有最小影响。
色谱柱实现样品组分的分离。
检测器对流出柱的样品组分进行识别和响应。
数据系统将检测器的信号转换为色谱图,并进行定性、定量分析。
GC7890B,GC/MS气相色谱四极杆质谱联用,检测器,Quad1质量分析器,离子源离子化,载气(He,H2),平均自由程,长,碰撞,MS,Page5,FY10FoodTourAgilent,电子轰击源(EI)-用于气质联用仪,CI化学电离技术,正化学离子化(PCI)质子转移M+BH+MH+B电荷交换M+X+M+X亲电加成M+X+MX+阴离子吸附AB+X+B+AX电子捕获化学离子化(ECNI)质子转移M+X-(M-H)-+XH电荷交换M+X-M-+X亲核加成M+X-MX-亲核释放AB+X-BX+A-,PCI适合很大部分化合物提高灵敏度NCI(ECNI)适合分析含卤素原子化合物亲核性:
IBrClF提高灵敏度若无含卤素原子,可用PFTBA,MFTBA衍生化缺点:
不是所有汽化化合物都能产生NCI谱重复性存在问题,CI化学电离技术过程,第一步:
反应气的电离和裂解如CH4CH4+e-CH4+2e-CH4+CH3+,CH2+,CH+,H+,H2第二步:
反应气电离的离子与反应气分子发生分子-离子反应,生成反应离子CH4+CH4CH3+CH5+CH3+CH4H2+C2H5+CH5+C2H5+占主要比例最后:
反应离子与样品分子发生分子-离子反应,通过质子交换,使样品分子电离形成准分子离子(M+1)CH5+MCH4+MH+M+1可继续裂解,形成更复杂的图谱形成加合离子C2H5+MM+C2H5+M+29加合离子C3H5+MM+C3H5+M+41加合离子电荷转移形成分子离子CH4+MM+CH4去氢过程(M-1)C3H5+MC3H6+M-H+对于饱和烃效果很好,单四极杆质谱的工作原理,操作模式:
SCAN:
采集设定范围内的质谱图,用于定性分析SIM:
只采集设定m/z的离子信号,用于定量分析,GCAPCI源,10,1)对电负大的化合物可分析,使用范围非常小。
2)EI源得到标准的谱图,可到NIST谱库中检索。
而APCI源的谱图没有可以匹配的库,都得靠解析,一般用户不能使用3)没有高分辨库,不能做筛查。
4)不能接GCXGC,安捷伦专利的拉伸极离子源设计,有效提高传输效率,提高灵敏度,Page11,早期离子源仅有推斥极设计,现有离子源有推斥极和拉出极设计,FY13DalianmeetingAgilent,GC/MSTripleQuad(QQQ)forGC/MS/MS气相色谱三重四极杆质谱联用,检测器,Quad1质量分析器,碰撞气(Ar,N2,He),Quad2碰撞池,离子源离子化,Quad3质量分析器,载气(He,H2),平均自由程,长,长,短,碰撞,No,No,Yes,MS,MS,Page12,FY10FoodTourAgilent,硬件与单四极杆的主要区别:
增加了碰撞池和一根四极杆.,MS/MS消除了Scan和SIM时的干扰,目标物,产物离子1,产物离子3,产物离子2,单级质谱选择性正比于质谱分辨率无法分辨具有相同m/z的离子,三重四极杆质谱母离子选择性与单级质谱相同,但是监测的产物离子是母离子的特征离子,与结构有关,而干扰物由于结果不同不会产生同样的产物离子,干扰物,目标物,干扰物,单位质量分辨率,Page13,*由于基体的浓度要远远高过目标化合物,所以基质的同位素峰(A+1,A+2,等)也可能对目标物产生干扰,可依据同样的原理消除这种干扰,FY10FoodTourAgilent,MS/MS保证了最低的检出限,EI:
质谱图中每个离子来源于目标化合物,基质,柱流失,载气和碰撞气杂质等,Q1SIM,在碰撞气按分离出母离子,产物离子1,产物离子3,产物离子2,CID+Q2SIM,Page14,FY10FoodTourAgilent,单级质谱SIM与二级质谱MRM的选择性对比,MDA=DL-3,4-methylendioxyamphetamineMDMA=DL-3,4-methylendioxymethyl-amphetamineMDEA=DL-3,4-methylendioxyethyl-amphetamineBDB=DL-3,4-methylendioxyphenyl-2-butanamineMBDB=DL-N-methyl-1-(3,4-methylendioxy-phenyl)-2-butanamine,检测限提高:
MRM的检测限远大于SIM的结果!
欧盟法规96/23/EC-4点法则,CI和EI:
选择4个离子得4分,MS/MS在MS失败处成功,GC/MS三重四极杆MRM,GC/MS单四极杆SIM,梦想中的色谱图:
平坦基线上尖锐的色谱峰,干扰基质峰=化学噪音,Page17,FY10FoodTourAgilent,三重四极杆气质在农药残留分析中的优势,有效排除基质的干扰,提高灵敏度和选择性可简化样品前处理的步骤,节省单个样品的分析费用.灵明度明显提高,通常情况下会比单四极杆高1个数量级完全满足欧盟法规的要求,完全满足定性确认.,18,三重串联四极杆QQQ,检测器,四极杆1质量分析,碰撞气(Ar,N2,He),六极杆2碰撞池,离子源电离,四极杆3质量分析,载气(He,H2),母离子的选择,母离子的碎裂,碎片离子的质量分析,什么是碰撞诱导解离(CID),通过与中性分子碰撞将能量传递给离子的过程。
能量传递足以导致键的开裂和离子的重排。
通过CID会产生碎片,碎裂过程如下:
ABCD+ABC+D(中性碎片)电荷保留在质子亲和势较高的碎片上。
MS/MS(CID)过程,M1+,M3+,M2+,N2分子,动力学能量,EI离子前体离子,+,前体(母)离子,碰撞气体,产品(子)离子,离子碎片产品离子,从四极杆1,到四极杆2,碰撞池中的CID,第一质量分析器(Q1)选择某一质荷比的离子进入碰撞池(Q2)。
被选择的离子在池里与碰撞气体(氮气)碰撞,经过CID产生的子离子(碎片)由第二个质量分析器(Q3)进行扫描分析。
SIM数据采集,Dwell,time,SIM,mass1,SIM,mass2,SIM循环时间,四极杆,电压,(amu),TIME,SIM,mass3,空中时间,SCAN数据采集,扫描时间,扫描循环时间,空中时间,四极杆,电压,(amu),TIME,四极杆的基本扫描模式SCAN与SIM比较,扫描类型:
MS1Scan全扫描,没有碰撞气,第一根四极杆MS1进行质谱全扫描碰撞池中通有碰撞气体,但没有施加碰撞能量第二根四极杆MS2处于RFOnly的状态,不进行质量过滤,所有的离子能通过这根四极杆,所以也叫TransmissionofTotalIon(TTI)。
TTI(全通过),扫描,QQQ扫描方式Scan全扫描SIM选择离子监测Daughter(product)ionscan子离子扫描Parent(precursor)ionscan母离子扫描MRM(MultipleReactionMonitoring)多反应监测Neutrallossscan中性丢失扫描,Scan全扫描,Scan,TTI,m,m,SIM(SingleIonMonitoring),SIM,TTI,选择离子监测,m,m,m,ProductIonAnalysis,Scan,SIM,m1,m11,m12,子离子扫描,m13,PrecursorIonScan,SIM,Scan,m2,m3,m1,母离子扫描,ConstantNeutralLoss,m1,Scan,Scan,m1-x,m2,m3,m2-x,m3-x,中性丢失扫描,MRM(MultipleReactionMonitoring),m1,SIM,SIM,mx,多反应监测,MRM:
对于复杂样品来说选择性更好,选择性和质谱的分辨率呈正比对于具有相同m/z的离子没有选择性.,母离子的选择性和SIM相同。
至少一个产品离子是母离子独特的分解产物而不是干扰物。
既然母离子和干扰离子相同,那么母离子不应该用于离子比率或者定量。
单位质量分辨率,开发定量方法的逻辑顺序,子离子定量1全扫描scan,确认/得到化合物母离子质量数2子离子扫描productionscan,优化碰撞能量(collisionenergy),得到/选择/优化子离子的响应3多反应监测MRM定量,使用已优化好的碰撞能量(collisionenergy)。
母离子定量1全扫描scan,确认/得到化合物特征离子质量数2选择离子监测SIM定量,方法开发过程的浏览,步骤1确认母离子,在MS1Scan模式中运行标样(如大麻),优化色谱分离。
在MassHunter定性数据分析中调用数据文件。
积分和提取质谱。
选择并确定母离子更高的质量数(定性),更高的丰度(灵敏度)。
步骤2子离子扫描,1.利用MassHunter定性数据分析软件分析MS1Scan的结果,包括确定保留时间和选择母离子。
2.打开MassHunter数据采集软件,并打开之前建立的MS1Scan方法。
3.编辑质谱参数,选择时间片段,并将质谱扫描类型改为产物离子扫描(production)。
4.保存方法并进样。
产品离子和时间段,母离子=390.2Di-TMSCannabidiol,建议的时间段,母离子=371.2TMSTHC,母离子=367.2TMSCannabidiol,子离子的选择,子离子必须具有足够的丰度,可用于痕量分析,灵敏度好。
子离子必须可表征化合物的特征结构,选择性高。
必须考虑可能存在的干扰,不要选择会被干扰的子离子。
可能的话,最好选择多个子离子,一个用来定量,其它的用来定性。
根据欧盟的法规,至少需要一个母离子和两个子离子才能满足4点鉴定法。
子离子优化,2.如果已经确认子离子可以直接使用MRM采集进行MRM碰撞能量优化。
1.使用各种碰撞能量进行子离子扫描,找到最佳碰撞能量以及子离子。
少量化合物,大量化合物,一次运行中使用几个扫描片段,每个扫描片段包含不同的碰撞能量。
运行序列,序列中包含不同的碰撞能量的方法。
使用实验设计助手开发方法和创建序列。
使用MassHunter定性分析进行数据浏览,找到最佳碰撞能量。
使用MassHunter定性分析进行数据浏览,找到最佳碰撞能量。
单针进样方式确认子离子及最佳碰撞电压,运行MRM方法来确认:
Transition时间片段驻留时间增益MS1和MS2的分辨率,步骤3确认MRM方法,QQQ参数Scan全扫描,Mass:
选择监测的质荷比MS1Res:
质谱分辨率Dwell:
驻留时间,QQQ参数SIM选择离子监测,QQQ参数ProductIonScan子离子扫描,Precursorion:
前体离子(母离子)CollisionEnergy:
碰撞能量,需要优化Stepsize:
步长(amu)MS2fromMS2to:
子离子扫描范围Scantime:
扫描时间,子离子扫描,常用于寻找目标离子的子离子,输入前体离子的质量数,MS2的扫描范围,QQQ参数MRM多反应监测,Precursorion:
前体离子(母离子)MSRes:
MS分辨率,unit/wide/widestProduction:
产品离子(子离子)Dwell:
驻留时间CollisionEnergy:
碰撞能量,需要优化,多反应监测,常用于定量,1000+农药&环境污染物PesticidesPhthalatesPBDEsPAHsPCBcongenersSemi-volatilepollutantsDeuteratedcompounds每个化合物平均提供8个母离子-子离子对-providesalternativestoavoidmatrixinterferences-includesrelativeintensitiesforalltransitions3种保留时间锁定RTL的GC方法-Fastmethod:
20-minrun,constantflow(CF),midcolumnbackflush-Fullscreeningmethod:
40-minrun,constantflow(CF),mid-columnbackflush-Flexiblemethod:
40-minrun,constantpressure(CP),postcolumnbackflush,全面和灵活的MS/MSMRMDatabase数据库,PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,平均及准确分子量,每个化合物按两种目录分类,3种GC方法下的RTs/RIs(恒流-40min,恒压-40min,恒压-20min),TheFlexibility:
multi-transitions;classifications;3RTsandRIs,最全面GC/MS/MS农残解决方案MRM条件,使用排序功能快速选择定量及定性离子对,TheFlexibility:
BuildingMRMmethodinminutes,通过指导视频,使您在5分钟内根据化合物列表建立MRM采集方法,(颜色标识):
橙色到蓝色丰度由强到弱,MassHunter格式表头,MRMSpectrumUnchangedTroubleshootingRepeatabilityRun-to-runOperator-to-operatorInstrument-to-instrument,RetentionTimeLocking(RTL)ImproveConfidencewithRetentionTimeLocking,Initialrun4.72psi,Trim1meter4.72psi,Relock4.42psi,0,50,100,0,50,100,0,50,100,AccurateDBMatch,为什么一个化合物需要8个离子对?
AlternativeTransitionsHelpMinimizeMatrixInterferencesandImproveQuantitationResult,-Example:
TopTwoTransitionsofMethamidophos甲胺磷(10pg)inThreeMatrices,PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,应用实例1:
两个可以替换的甲胺磷的离子对来减小基质干扰,95-64,141-80,Pear,Orange,minimummatrixinterference,minimummatrixinterference,Itisbesttoevaluatethechemicalnoiseofananalytesmultipletransitionsindifferentmatricestoselectthemostappropriatetransitionsinaparticularmatrix.G9250AADatabases8MRMtransitionsforeachanalytefeaturemakesthistaskeasy!
PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,Page52,Ifonlythefirsttwotransitionwouldhavebeenavailable,thedandelionroottestwouldhavebeenpoor.Withanadditional,selectivetransitions,itcanbemeasuredreliably.,Agilent数据库为每个化合物提供多个MRM离子对信息,以满足在不同基质中对离子选择性的要求。
中药基质中的马拉硫磷,September27,2013,53,为什么一个化合物要监测多个MRM离子对?
菜豆1,甲拌磷,大蒜1,不同基质会引入不同的干扰,在分析多基质农残时,需要针对不同的干扰选择合适的离子对,以提高定性以及定量结果的准确性。
September27,2013,54,为什么一个化合物要监测多个MRM离子对?
有助于化合物的准确定性判定确证,September27,2013,55,为什么一个化合物要监测多个MRM离子对?
安硫磷CAS2540-82-1,疑问:
124.979.0和124.947.0均有良好的峰形和响应,且其RT=17.0min,接近参考RT=17.5min,那么芹菜基质中是否有安硫磷?
芹菜1,芹菜2,?
有助于假阳性结果排除,1.全程参与建立食品安全中超过215种农药残留国家标准2.完成7000CGCQQQ针对农业部监测农药的高灵敏度分析方法3.参与完成2015版药典方法上海药检所4建立全新的超过160种农药的烟草行业方法,AgilentGCMSMS的应用优势,56,1、在天津demo的仪器上已经建立了HP-5msUI色谱柱,接近300种的农残采集方法,分成两组。
2、完成了西红柿、芹菜、茄子、韭菜、马铃薯、萝卜、豆角、甘蓝、葡萄、梨、桔子和桃子,12种水果、蔬菜基质的添加回收率的测定,采集的数据有(1个空白+6个添加水平*5个平行+10个添加水平的基质样品)*12种基质=492个样品。
没有在T的仪器上进行国标数据的采集,因为Thermo的方法迟迟未建好。
(T的仪器比Agilent至少提前一年进入进入客户的实验室)3、对大量样品进样分析时(492*2=984上千针进样),仪器状态稳定,用户对测定结果满意,目前,用户正在对大量的数据进行汇总和整理。
4、用户开发的国标方法不仅包括水果蔬菜的方法,还会开发茶叶,谷物,香辛料等其他植物源性食品的方法。
用户希望在仪器上建立DB-1701的采集方法,完成HP-5和DB-1701两套数据的采集工作。
5、与Agilent公司合作开发国标的QuChERS前处理方法。
6、已经完成文本文件-包括仪器方法和样品前处理的方法,并已经开始在不同的用户做验证试验。
建立食品安全中超过200种农药残留国家标准进展,农业部正在制定的标准215种农药(10ppb),September27,2013,59,动态MRM自动分组40min分析154种农残,CompoundListAssist化合物分组助手:
软件根据化合物保留时间分布自动优化分组,化合物可跨组分段采集,无需担心化合物保留时间漂移,共81组,March31,2014,60,农业部风险评估项目中可GCMS检测的79种农药的仪器定量限LOQ,S/N10(pk-pk),全程参与2015年药典中中药材78农药残留的GCMSMS分析标准的建立,Agilent7000CGC/MS/MS农药筛查,12/3/2023,63,本试验特点:
无需标准品即可进行;测试方法在几分钟内开发完成;结果分析可利用判断依据:
保留时间8个离子对信息可供判断离子丰度比对测试人员无需特殊培训,样品,共有四种基质8个样品待筛查,芹菜1,芹菜2:
样品呈浅绿色番茄1,番茄2:
样品呈浅黄色菜豆1,菜豆2:
样品呈绿色大蒜1,大蒜2:
样品呈无色溶剂:
丙酮,*-1和*-2样品添加了不同浓度和不同个数的农残,Agilent7000GC/MS/MS筛查流程,1.从Agilent农残和环境污染物数据库中挑选出农残(杀菌剂,除草剂,杀虫剂,灭鼠剂等)以及降解产物共700+个化合物;2.将700+化合物分为4组,考虑到不同基质存在的干扰离子可能不同,对每个化合物监测3对MRM离子对;3.使用保留时间锁定快速建立4个方法(共700+化合物),筛查8个样品中的未知农残;4.根据步骤3的实验结果,将在任一样品出现的共160+可疑化合物重新建成1个方法,每个化合物监测5对MRM离子对,以进行进一步确证。
主要方法参数,进样体积:
2uL进样口温度:
260C进样模式:
不分流色谱柱流速:
恒流,0.71mL/min色谱柱:
DB-5MSUI30m-0.25mm-0.25um升温程序:
60C(保持1min)40C/min120C5C/min310C总运行时间40.5min保留时间锁定:
甲基毒死蜱锁定至18.111min离子源温度:
280C四极杆温度:
150C,Agilent7000C能够快速建立多农残筛查方法,保留时间锁定RTL:
能够在缺乏标样的情况下快速建立方法,使化合物的实际RT接近与数据库中参考RT化合物分组助手:
软件根据化合物保留时间分布自动优化分组,化合物可跨组分段采集,提高采集效率定量软件:
软件可将相邻时间段采集到的同一化合物自动整合成一张谱图,大蒜2MRMTIC图,软件自动分得99组,不同基质干扰比较,以敌敌畏为例,大蒜1,大蒜2,芹菜1,芹菜2,番茄1,番茄2,菜豆1,菜豆2,大蒜的基质干扰远高于其他三种基质,大蒜基质中筛查的部分化合物MRM提取离子图-1,甲胺磷,敌敌畏,氧乐果,乐果,大蒜1,大蒜2,PesticideResiduesin4OrganicTeaExtractsbyGC/MS/MS四种有机茶叶中的农残测定,PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,EndosulfanSulfate(硫丹硫酸酯)Transitionsin4OrganicTeaExtracts,ExpectedRT,PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,EndosulfanSulfate?
(硫丹硫酸酯)inOrganicTeaExtractUsing1QualifierTransition,3.3ppb,Equiv:
0.016mg/KginTeaTeaEUMRL*:
SumEndoa+b+sulfate=30mg/Kg,MatrixMatchedStd5ppb,Reagentblank,OrganicTeaA,ExpectedRT,*Regulation(EC)No396/2005,Tea(driedleavesandstalks,fermentedorotherwise,ofCameliasinensis),PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,OptimizedEndosulfanSulfate(硫丹硫酸酯)MRMTransitionsintheG9250AADatabase,PesticidesinTea7000GC-QQQUsingG9250AADatabase,EndosulfanSulfate(硫丹硫酸酯)inOrganicTeaExtractUsing3QualifierTransitions,demonstratesthevalueofimmediateaccesstomultipleoptimizedtransi
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- 气相质谱 原理 应用 介绍
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