高速数据采集在 GC/MS试验设计及应用中的重要性

导言 气相色谱的方法和技术的进步为样品分析提供了更高的分 辨率和通量，分析结果的峰形变得更窄。这就需要对数据 进行快速采集，以便达到对色谱数据的精准呈现。此外， 对于快速气相色谱而言，在分析环境样品中的半挥发性物 以及食品中的农药时，高速质谱采集是必需的，这时质谱 系统可以同时收集不同类型的数据。  使用 GC/MS 分析样品时的一种良好的习惯做法是：通过 8 至 12 次扫描得到的色谱峰可以为定量提供充分的准确度和 重现性。而在相对较慢的扫描速度下，峰形可能会变形， 从而导致重现性和定量准确度出现问题。这可以从图 1 中 得到证明。

PerkinElmer Clarus 600 MS 可以在扫描中选择扫描速度。本文介绍该仪器在三种质谱工作模式下均 能提供的最大扫描速度，这三种模式为：全扫描、选择离子记录 SIR（或者称为选择离子检测 SIM）以及 SIFI(选择离子及全谱扫描)。在全扫描模式中，该仪器 的最大扫描速度为 12500Da/秒（或者 amu/秒，或 U/ 秒）；下文会说明该质谱的这一扫描速度以及在此速度 下工作时所产生的图谱的重现精度。在 SIR 采集模式 下，该仪器可在最快 100 次扫描/秒的扫描速度下分析样 品。

SIFI 模式最能体现出快速扫描的优势（SIFI 数据采集模 式将在 Perkin-Elmer 名为“SIFI-全扫描和选择离子扫 描同时采集质谱数据”的技术手册中给予详细介绍）。 SIFI 模式利用快速扫描同时进行全扫描和和选择离子扫 描，既可以达到 SIR 扫描模式的灵敏度，也可以采集能 进行谱库检索的全扫描谱图。快速 SIFI 扫描可应用于多 组分脂肪族和芳香族碳氢化合物的快速 GC/MS 分析，这 些化合物色谱峰的基线峰宽虽然只有 0.5 秒左右，但是 每个峰至少可采集到 12 个全扫描数据点以及 12 个 SIR 数据点。这种方法同时得到了峰形准确良好的色谱峰、 可进行谱库检索的全扫描质谱图以及 SIR 的高灵敏度。

实验部分  为了证明 Clarus 600 GC/MS 具有快速数据采集的能 力，设计实验采用一根很短的微孔 GC 柱，氢气作为载 气，采用高的柱温升温速率（具体见表 1）。在此色谱 条件下，基线峰宽小于 1 秒。实验中所用样品为浓度 60  ppm (μg/mL)的 C-10 至 C-13 的正构烷烃混合物的戊烷 溶液，该混合物含：甲苯，乙苯，邻、间、对-二甲苯。 这时须用分流比以避免使色谱柱的固定相过载。  实验评估了所有三种 GC/MS 数据采集模式（全扫描、 SIFI 和选择离子扫描 SIR）。表 2 总结并证明了 Clarus  600 GC/MS 在全扫描模式中快速采集数据的能力，其中 包含了在五种不同的扫描速度下进行质谱扫描的数据。表 3 总结了 Clarus 600 GC/MS 在 SIR 模式下快速采集数 据的能力，表 4 总结了 Clarus 600 GC/MS 在 SIFI 模式 下快速采集数据的能力。

实验结果  在下列各部分，将证明使用 Clarus 600 GC/MS 在全扫 描、SIR、SIFI 模式下进行极限速度快速扫描仍然可以 保持良好的精确度与准确度。  全扫描  Clarus 600 GC/MS 能够在最高至 12500U/秒的扫描速度 下采集数据；以下实验将证明该仪器可在达到上述速度 的同时仍可保证质谱分析信息的完整性。图 2 显示了使 用快速 GC 条件下分析挥发性有机化合物（VOC’s）可使 峰宽在 1 秒以下。在这种情况下，每个峰将大致包含 40 次扫描。  当进行此种模式的扫描时，有必要证明质谱谱图的完整 性在整个扫描速度范围内并没有降低。为检验这一论 述，同一标准溶液在不同扫描速率进行了多次进样。图3 描述了甲苯在3125 U/秒、6250 U/秒、和12500 U/秒三 种扫描速度下的质谱谱图。在图3中不同扫描速度下碎片 离子的丰度比几乎相同；这就证明质谱谱图信息在上述 扫描速度区间内保持恒定。

选择离子扫描 SIR  在 SIR 模式下对单一质量的最大数据采集速度是 100 次 扫描/秒；这在对乙苯和二甲苯的分析结果中得到验证。 图 4 显示了上述分析结果的一个实例，图中色谱峰的峰 宽在 1 秒以下而且每个峰所包含的扫描点数达到 100 次/ 秒的期望值：乙苯的峰宽为 0.66 秒，每秒扫描次数为 66 次，二甲苯的情况也如此。

SIFI  快速扫描能够与快速 GC 和 SIFI 采集相结合，以达到 SIR 的高灵敏度并且获得质谱谱图的完整信息。在此扫 描模式下，已达到必须的 8-12 次扫描/峰，可以获得色谱峰良好的精确度和准确度。图 5 显示了快速 SIFI 扫 描分析 C-10 至 C-13 的正链烷烃混合物的结果。每个峰获得了至少 10 个数据点，而且每个点均包含全扫描和 选择离子扫描数据。这证明 Clarus 600 GC/MS 的电子系统在快速 GC 条件下可提供足够的扫描速度来满足严格的所有类型数据的采集。

结论  Clarus 600 GC/MS 的数据采集能力允许实验室使用他们的气相色谱获得最窄的色谱峰，同时采集足够的数据信息以保持 峰形的精确度和定量的准确性。在高速扫描条件下同时采集 SIR 和全扫描数据保证了该仪器在创建质谱方法时具有突出 的灵活性。该仪器可用于检测复杂基质中的低浓度禁用农药的残留，还可用于环境样品中半挥发物在动态范围内的定性 分析。  在这一实例中，分析挥发性有机组分甲苯、乙苯和二甲苯时，其基线峰宽均低于 1 秒。数据结果显示每个峰都包含足够 的扫描点数，而且质谱谱图信息保持一致。此外，快速扫描应用到极窄 GC 色谱峰的 SIFI 数据采集证明 Clarus 600  GC/MS 可以同时进行全扫描和 SIR 扫描，此时既可获得精确性和准确性，又能得到良好的极窄 GC 色谱峰