張 敏/ 上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)大約歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，如今這項(xiàng)技術(shù)在分離、檢測(cè)和數(shù)據(jù)采集方面的整體性能都有很大的提高，已經(jīng)是一個(gè)非常成熟且完善的定性、定量工具[1]。目前氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS)已經(jīng)成為許多實(shí)驗(yàn)室不可缺少的常規(guī)分析工具。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀是將氣相色譜儀與質(zhì)譜儀通過一定接口耦合到一起的分析儀器。樣品通過氣相色譜分離后的各個(gè)組分依次進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器，組分在離子源被電離，產(chǎn)生帶有一定電荷、質(zhì)量數(shù)不同的離子。不同離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)行為不同，采用不同質(zhì)量分析器把帶電粒子按質(zhì)荷比（m/z）分開，得到依質(zhì)量順序排列的質(zhì)譜圖。通過對(duì)質(zhì)譜圖的分析處理，可以得到樣品的定性、定量結(jié)果[2]。

由于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的生產(chǎn)廠家眾多，性能各異，功能多樣，為了使這類儀器的性能有一個(gè)統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，我國制定了JJF1164-2006臺(tái)式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀校準(zhǔn)規(guī)范，要求定期對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。筆者長期從事氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的校準(zhǔn)工作，大量接觸各個(gè)廠家不同型號(hào)的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，下文針對(duì)實(shí)際工作中的一些問題進(jìn)行探討。

1 信噪比

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀習(xí)慣上直接用信號(hào)與噪聲比(S/N)來檢驗(yàn)儀器的靈敏度，采用一定濃度的標(biāo)樣，在一定操作條件下采集質(zhì)譜圖，選擇某一質(zhì)量離子信號(hào)峰值和某一段基線的噪聲峰值，計(jì)算它們的比值。信號(hào)峰值取所選擇的質(zhì)量離子的峰高，而基線的噪聲峰值有以下三種不同的定義：峰/峰(perk to perk)信噪比，用某一段基線噪聲的平均高度值計(jì)算；峰/半峰(half perk to perk)信噪比，用某一段基線噪聲平均高度的1/2 值計(jì)算；均方根(RMS)信噪比，用某一段基線噪聲的均方根值計(jì)算。由圖1可以看到這臺(tái)儀器的峰/峰信噪比為264 ：1，均方根信噪比為2613 ：1，因此基于不同定義計(jì)算的信噪比是有很大差別的。

在JJF1164-2006 中規(guī)定關(guān)于EI 源信噪比的檢測(cè)是在一定條件下，注入100 pg/μL的八氟萘-異辛烷溶液1.0μL，提取m/z=272 離子，再現(xiàn)質(zhì)量色譜圖，根據(jù)公式(1)計(jì)算S/N。

式中：H272—提取離子(m/z)的峰高；

H噪聲—基線噪聲。

校準(zhǔn)規(guī)范中所說的信噪比是指峰/峰信噪比。筆者在實(shí)際校準(zhǔn)過程中遇到很多儀器廠家的工作站中都有相應(yīng)的信噪比(S/N)計(jì)算功能，但其所依據(jù)的定義各不相同的，有的明確指出是哪一種信噪比，但也有的僅給出一個(gè)數(shù)據(jù)，因此在校準(zhǔn)時(shí)不能把通過軟件計(jì)算的信噪比結(jié)果拿來就用，而要有一個(gè)判斷。如果無法確定軟件計(jì)算出的是哪一種信噪比結(jié)果的話，就應(yīng)該將圖譜打印后，自己用尺測(cè)量，然后做相應(yīng)的計(jì)算，這樣才能得到準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖1 信噪比計(jì)算結(jié)果報(bào)告

另外，在進(jìn)行信噪比檢測(cè)時(shí)還會(huì)遇到的問題就是閾值的設(shè)定。一般情況下質(zhì)譜的參數(shù)設(shè)置中都有閾值設(shè)置，大都為默認(rèn)值，不同型號(hào)儀器的設(shè)置各不相同。閾值設(shè)定是指檢出離子的響應(yīng)在閾值設(shè)定值以上才會(huì)顯示在質(zhì)譜圖中，低于此閾值的均屏蔽掉。因此在檢測(cè)儀器的信噪比時(shí)必須將閾值設(shè)置改為0，讓所有的基線噪聲響應(yīng)均被采集下來，從而計(jì)算得到最準(zhǔn)確的信噪比。如果閾值設(shè)置不為0，則儀器低于閾值的基線噪聲均被屏蔽，采集得到的并非儀器真實(shí)的基線噪聲，計(jì)算得到的信噪比將會(huì)比實(shí)際的值大。甚至于當(dāng)儀器的基線噪聲很小，全都低于閾值的時(shí)候，采集得到的基線噪聲將會(huì)變成一根直線，從而無法計(jì)算信噪比。

2 質(zhì)量準(zhǔn)確性

在JJF1164-2006 中規(guī)定關(guān)于質(zhì)量準(zhǔn)確性的測(cè)量是在一定條件下，注入10.0 ng/μL的硬脂酸甲酯-異辛烷溶液1.0μL，記錄74，143，199，255 和298等硬脂酸甲酯主要離子的實(shí)測(cè)質(zhì)量數(shù)，根據(jù)公式(2)計(jì)算實(shí)測(cè)值與理論值之差，以此評(píng)價(jià)質(zhì)量準(zhǔn)確性。

Mi理—第i 個(gè)離子理論值，u。

比較圖2 與圖3，可見不同離子源得到的質(zhì)譜圖是不同的，圖2 為硬脂酸甲酯EI 質(zhì)譜圖，可以看到其主要離子的實(shí)測(cè)質(zhì)荷比數(shù)分別為74.1、143.1、199.1、255.2、298.3，可以計(jì)算得到實(shí)測(cè)值與理論值之差。而圖3 用甲烷為反應(yīng)氣的硬脂酸甲酯正CI 質(zhì)譜圖中255 和298 無法找到，因此只有EI 源可以通過74，143，199，255 和298 這五個(gè)主要離子峰來進(jìn)行質(zhì)量準(zhǔn)確性檢測(cè)，而正CI 源進(jìn)行質(zhì)量準(zhǔn)確性檢測(cè)時(shí)無法計(jì)算255 和298 這兩個(gè)離子的質(zhì)量準(zhǔn)確性，只能通過74，143，199 這三個(gè)離子來計(jì)算其質(zhì)量準(zhǔn)確性。

圖2 硬脂酸甲酯EI 質(zhì)譜圖

圖3 硬脂酸甲酯正CI(甲烷)質(zhì)譜圖

隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)檢測(cè)技術(shù)要求的不斷提高，越來越多的氣相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC/MS/MS)被廣泛應(yīng)用，而目前對(duì)此類二級(jí)質(zhì)譜的技術(shù)指標(biāo)要求在JJF1164-2006 中涉及，因此在實(shí)際校準(zhǔn)過程中僅對(duì)其第一級(jí)質(zhì)譜按校準(zhǔn)規(guī)范要求進(jìn)行校準(zhǔn)。但二級(jí)質(zhì)譜與一級(jí)質(zhì)譜的參數(shù)條件設(shè)置是有很大區(qū)別的，在校準(zhǔn)時(shí)要特別注意。以Agilent 7000 型三重串聯(lián)四極桿氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀為例，在進(jìn)行第一級(jí)質(zhì)譜的校準(zhǔn)時(shí)，必須將碰撞池氣體流速關(guān)閉，包括作為碰撞抑制氣體的氦氣和作為碰撞氣體的氮?dú)馊慷家P(guān)閉，否則會(huì)嚴(yán)重影響儀器的質(zhì)量準(zhǔn)確性的檢測(cè)。筆者做過相應(yīng)的對(duì)比試驗(yàn)，在碰撞池氣體流速打開的條件下測(cè)得的質(zhì)量準(zhǔn)確性為0.4 u，而在碰撞池氣體流速關(guān)閉的條件下測(cè)得的質(zhì)量準(zhǔn)確性為0.2 u，相差了0.2 u，而JJF1164-2006 中質(zhì)量準(zhǔn)確性的技術(shù)指標(biāo)要求為±0.3 u，可見儀器參數(shù)條件設(shè)置的正確與否對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果會(huì)造成非常大的影響。

3 測(cè)量重復(fù)性

在JJF1164-2006 中規(guī)定關(guān)于測(cè)量重復(fù)性的測(cè)量是在一定條件下，注入1.0μL 質(zhì)量濃度為10.0 ng/μL的六氟苯-異辛烷溶液，連續(xù)六次，提取六氯苯特征離子m/z=284，再現(xiàn)質(zhì)量色譜圖，按質(zhì)量色譜峰進(jìn)行面積積分，根據(jù)公式(3)計(jì)算RSD。

式中：RSD—相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，%；

xi—六氯苯第i 次測(cè)量峰面積；

i—測(cè)量序號(hào)。

采用校準(zhǔn)規(guī)范中推薦使用的色譜柱及色譜條件對(duì)儀器進(jìn)行測(cè)量重復(fù)性測(cè)量時(shí)，采集得到的色譜圖如圖4，將柱溫條件由150℃—10℃/min—250℃(5 min)優(yōu)化為100℃(4 min)—30℃/min—260℃(5 min)后，采集得到的色譜圖如圖5，比較圖4 與圖5，可見柱溫條件優(yōu)化后六氯苯的峰形得到了很好的改善，因此在實(shí)際校準(zhǔn)過程中可適當(dāng)對(duì)色譜條件進(jìn)行優(yōu)化，以得到更好的測(cè)量結(jié)果。

另外在校準(zhǔn)規(guī)范中，重復(fù)性的檢測(cè)是提取六氯苯特征離子m/z=284 后，對(duì)其質(zhì)量色譜峰進(jìn)行面積積分。而筆者在實(shí)際工作中遇到有些廠家的數(shù)據(jù)處理軟件只能對(duì)其總離子流圖中的色譜峰進(jìn)行積分，雖然能夠提取特征離子卻無法實(shí)現(xiàn)對(duì)此質(zhì)量色譜峰的積分。因此在檢測(cè)這一類儀器的重復(fù)性時(shí)最好先走一下空白，確保色譜柱內(nèi)無其他物質(zhì)殘留后再進(jìn)行檢測(cè)，以免色譜柱污染影響儀器重復(fù)性數(shù)據(jù)的測(cè)量結(jié)果。

圖4 六氯苯色譜圖(按校準(zhǔn)規(guī)范色譜條件)

圖5 六氯苯色譜圖(優(yōu)化后的色譜條件)

4 結(jié)語

以上是對(duì)校準(zhǔn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀時(shí)遇到的問題的探討與總結(jié)，都是在工作中積累的一些經(jīng)驗(yàn)，希望對(duì)廣大從事這項(xiàng)工作的同行有所幫助。

[1]盛龍生,蘇煥華,郭丹濱.色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2]全國物理化學(xué)計(jì)量技術(shù)委員會(huì).JJF1164-2006 [S].北京：中國計(jì)量出版社,2006.