GC-MS测试原理（二）

GC-MS测试原理（二）

上一期我们主要讲的GC-MS中的GC也就是气相色谱部分，气相色谱是一个强大的物质分离仪器，这一期我们来讲讲后面的MS部分，也就是质谱仪，它负责进行物质的鉴别。这个会分为2个部分：1）是质谱仪的测试原理；2）是质谱仪的物质定性原理。

01质谱仪的工作原理

首先，我们需要明确一个概念：质谱仪输出的结果并不是我们所直观理解的质量，而是是质核比（M/z）。质核比（M/z）：即离子的质量与电荷的比值。

当电荷数=1的时候质核比就代表了离子质量。因此质谱仪测试的实际上是离子质量。分子在质谱仪中经历的流程可以参考下面的图：

简单来说，在质谱仪中，经过气相色谱分离之后的单一种类分子，会先使用离子源让它变成带一个电荷的离子，然后经过质核比分析器得到他们的质核比，然后因为电荷Z=1，因此质核比就等于离子质量，离子质量基本等同分子质量。

从上面的历程我们可以知道质谱仪中核心部件为2个离子源和质核比分析器离子源有很多种，它的核心目的只是让分子变成离子后带电，这部分我们放到后面讲，在这里着重说说质核比分析器。咱们还是以应用最广的四级杆质量分析仪做说明：简单来说，因为离子带电，他会受到电场和磁场的影响而运动，四级杆可以理解为施加了可调节电磁场的4根柱子，在一定的电磁场环境下，只有指定质核比的离子可以通过这个通道，而其他的离子不能通过。

因此只需要控制电流大小，再观察有没有离子通过，就能根据电流大小知道通过的离子的质核比。我们还是来做一个简单的比喻，家里窗户一般都还装纱窗吧，上面是一个个网孔，空气可以通过但是蚊子进不来。

现在我们把纱窗当作质量分析器，但是这个纱窗比较奇特，它的网孔大小是可以用拉杆调节的，拉杆上面有各种刻度，窗外有蚊子，苍蝇，小鸟等（分子），它们看到的屋子内有好吃的，因此都想要进来（离子）；然后拉杆在我们手上；我们想让谁通过的的时候就把拉杆调节到适当的大小（质核比）就可以了。

其实核心就是分子带电之后在电磁场就会受力产生运动，然后受力的大小与质量和电荷有关，现在电荷都是1，那么咱们不管是监控路程，监控时间，监控啥其他的，最后都能求出来质量，这也就是质谱仪有很多种的原因。每种各有优势，咱们后面再单独介绍。

02质谱仪的定性分析原理

咱们上面说了，质谱仪最终得到的实际上是一分子的质核比，也等同于质量，那么只凭借质量怎么着就能定性了呢？那么多分子的分子量一样。

第一种办法是使用nist数据库进行比对，因为不同的分子是由不同的更小的基团组成，比如CH3CH2OH 这个是乙醇，我们想象它可以分解为 CH3 CH2 OH 3个部分，当我们使用强电离源（EI）的时候，电子会把这结构打碎，每一个乙醇分子打碎后，我就得到的CH3CH2 OH这些个碎片的特征质核比，以及这些碎片的数量，应该都是一样，因此就在收集了每一种分子在一定条件下被打碎之后碎片的特征质核比，以及数量分布是啥样的，建立了nist数据库。

我们只需要把结果和里面比对就可以了。我们还是打个比喻，我们假设想要测试的分子是一个核桃，然后现在我们拿一块1kg的铁，从正上方1m处砸下来，砸开之后发现核桃由核桃仁，核桃壳，核桃里面的皮组成。现在我们把要砸东西遮起来，然后也一样的砸下去，收集砸出来的东西，然后找nist表对照，发现这些碎片分别是核桃仁，核桃壳，核桃里面的皮。那么就可以说明我们砸的是核桃。

下面我们思考一个问题，如果我给你剥皮核桃，山核桃，厚皮核桃咋分辨？聪明的你应该可以想到，这几种核桃他们的核桃仁，核桃壳，核桃里面的皮比例应该不一样对不对？只要把砸开的碎片收集之后再分别看看比例，对个表也就能分开了。我们还可以再进一步，如果都是剥皮核桃，我给你山东产的，河南产的，陕西产的，能整？剥皮核桃，山东产的，今年的，去年的，前年的，能整？能，他们也就是核桃仁，核桃壳，核桃里面的皮这里面的比例差异会很小，但是依旧有差别，只要砸的够多，这三者的比例差异也会出来。质谱仪里面最不缺的就是分子了，但是前提是咱们砸的方式需要固定。

不然有些砸得碎得糊一起了分都不不开，也就没法分辨微小差异了。所以如果需要使用nist数据库的质谱仪，质谱条件都是有规定的，即使用EI离子源，然后电子能量70eV。第二种办法嘛，我们留到讲另一种原理的质谱（TOF）的时候再讲。