氣相色譜法-質譜聯用

氣相色譜法–質譜法聯用（，簡稱气质联用，英文缩写GC-MS）是一種結合氣相色譜法和質譜法的特性，在試樣中鑒別不同物質的分析的方法。GC-MS的使用包括藥物檢測（主要用于監督藥物的濫用）、火災調查、環境分析、爆炸調查和未知樣品的測定。GC-MS 也用于為保障機場安全測定行李和人體中的物質。另外，GC-MS還可以用于識別物質中以前認為在未被識別前就已經蛻變了的痕量元素。

GC-MS已經被廣泛地譽為司法學物質鑒定的金標方法，因為它被用于進行“專一性測試”。所謂“專一性測試”就是能十分肯定地在一個給定的試樣中識別出某個物質的實際存在。而非專一性測試則只能指出試樣中有哪類物質存在。儘管非專一性測試能夠用統計的方法提示該物質具體是那種物質，但存在識別上的正偏差。

歷史
用質譜儀作為氣相色譜的檢測器是上個世紀50年代期間由Roland Gohlke和Fred McLafferty首先開發的。當時所使用的敏感的質譜儀體積龐大、容易損壞只能作為固定的實驗室裝置使用。

價格適中且小型化的電腦的開發為這一儀器使用的簡單化提供了幫助，并且，大大地改善了分析樣品所花的時間。1964年，美國電子聯合公司（Electronic Associates, Inc. 簡稱EAI)-美國模擬計算機供應商的先驅在開始開發電腦控制的四極桿質譜儀Robert E. Finnigan的指導下開始開發電腦控制的四極桿質譜儀。到了1966年，Finnigan和Mike Uthe的EAI分部合作售出500多臺四極桿殘留氣體分析儀。

1996年，當時最尖端的高速GC-MS （the top-of-the-line high-speed GC-MS units）單元在不到90秒的時間里，完成了火災助燃物的分析，然而，如果使用第一代GC-MS至少需要16分鐘。到2000年使用四極桿技術的電腦化的GC/MS儀器已經化學研究和有機物分析的必不可少的儀器。今天電腦化的GC/MS儀器被廣泛地用在水、空氣、土壤等的環境檢測中

質譜檢測器的類型
和氣相色譜(GC)聯合使用的質譜的最常見類型是四極桿質譜儀，有時根據惠普（現在的安捷倫科技）的商品名叫做“質量選擇檢測器”（MSD）。其他相對普遍的是離子阱質譜儀。另外，扇形磁場質譜儀氣質聯用中也有使用，然而，這些特別的儀器價格昂貴，體積龐大不適用于高通量服務的實驗室。氣質聯用中還可能遇到的其他的質譜檢測器有：飛行時間檢測器（time of flight ，TOF）、串聯四極桿檢測器（tandem quadrupoles ，MS-MS)（請見下面內容。）或在離子阱的情況下MSn這里n指的是質譜級數。

GC-串聯MS
當第二階段的質譜片段加入時，例如，在四極桿儀器中使用第二個四極桿，就叫做串聯的MS (MS/MS)。MS/MS有時可用于在高的試樣基質背景下為小量的目標化合物定量。

第一個四極桿(Q1)與碰撞室(q2)以及另一個四極桿(Q3)相連。根據MS/MS分析操作的模式，兩個四極桿都可被用于掃描或靜態模式。分析的類型包括產物離子掃描、前體離子掃描。選擇的反應監視（Selected Reaction Monitoring ，SRM)（有時也叫多反應監視（Multiple Reaction Monitoring ，MRM）和中性丢失掃描（Neutral Loss Scan）。例如，當Q1以靜態模式前，（像在SIM中那樣，僅僅觀察一個質量），而Q3是以掃描模式，我們取得一幅叫做產物離子譜的譜圖（也叫“子”譜）。從這張譜圖上，我們可以選擇一個突出的產物離子，它可能是選定的前體離子的產物離子。這種配對的方法叫“躍遷（transition）”它構成了SRM的基礎。SRM是高度特異性的并且幾乎完全消除了基質背景。

分析
典型的質譜檢測有兩種途徑：全程掃描和選擇性離子檢測（Selective Ion Monitoring ，SIM)。典型的GC-MS能夠根據對儀器的設定，分別地或同時地執行這兩種功能
和基于點積的匹配。
許多標準化方法機構和儀器制造商寫過用于分析方法中使用的匹配方法[http://www.nist.gov/srd/ NIST] , [http://www.wiley.com/go/databases Wiley] 、[http://www.ualberta.ca/~gjones/mslib.htm AAFS] , 譜庫包括的範圍可以在這里檢索 [http://www.compoundsearch.com/ Compound Search] 。

化學離子化
在化學質譜法中，是將一種氣體，典型地是甲烷或氨氣引入質譜儀中。根據所選擇的技術（正CI（chemical ionization化學離子化）或負CI）該試劑氣體將與電子和被分析物發生作用引起感興趣的分子的‘軟’離子化。較軟的化學離子化與硬的化學離子化相比將較低程度的造成分子碎片化。使用化學離子化的主要益處之一是產生緊密對應于感興趣的被分析物的分子量的質量碎片。

;正的化學離子化
:在正的化學離子化（Positive Chemical Ionization ，PCI）中試劑氣體與目標分子相互作用，最經常是進行質子交換。這將產生相對大量的該物種。

;負的化學離子化
:在負化學離子化中（Negative Chemical Ionization ，NCI）試劑氣體降低自由電子對目標被分析物的碰撞。該降低了的能量典型地使大的碎片不再繼續斷裂，保持其大的含量。

儀器分析的最初目的是為一種物質定量。這要通過在產生的譜圖中比較各原子質量間的相對濃度來實現。有可能通過兩種方法實現定量分析。比較法和從頭分析法。比較分析的關鍵是將所獲得的被分析物的譜圖與譜庫里的譜圖進行比較，在譜庫中是否存在具有和該物質特征一致的樣品的譜圖。這種比較最好靠電腦來執行，因為由于標度的變化，會產生很多視覺上的扭曲。電腦同時還能關聯更多的數據，（比如，由氣相色譜測定的保留時間），以至獲得更精確的結果。

另一種方法是測量各質譜峰的相對峰高。在該方法中，將最高的質譜峰指定為100%，其他的峰根據對最高峰的相對比例標出其百分相對高度。將所有的大于3%相對高度的峰都進行標注。通常通過母體峰來確定未知化合物的總質量。用母體峰的總質量值與所推測的該化合物中所含元素的化學式相適配。對于具有許多同位素的元素，可以用譜圖中的同位素模式確定存在的元素。一旦化學式與譜圖相匹配，就能確定分子結構和成鍵方式,而且，必需和GC-MS記錄的特點相一致。典型地，這種測定是通過和儀器配備的程序自動進行的，儀器給出樣品中可能存在的元素的列表。

“全譜”分析考慮譜圖中所有的峰。與之相反，選擇性離子檢測（selective ion monitoring ，SIM)僅僅監測于特定物質相關的峰。這種方法是根據在特定的保留時間，一組離子是一個特定的化合物的特征的假設。這是一種快速、有效的分析方法，特別是分析者對樣品有些預知的信息或僅僅是尋找幾種特定的物質這種優點就更為突出。當在一個獲得的色譜峰中所搜集到的離子的信息量降低時，該分析的敏感度升高。所以，SIM分析能滿足檢測較小量的化合物，但是關于該化合物測定結果的確定性程度下降。

應用
環境檢測和清潔
在環境方面，GC-MS正在成為跟蹤持續有機物污染所選定的工具

社會安全
9·11后開發的爆炸物監測系統已經成為全美國飛機場設施的一部分。這些監測系統的操作依賴大量的技術，其中，許多是基于GC-MS的。美國聯邦航空管理局僅授權三家制造商提供這些系統，其中之一是Thermo Detection公司，以前叫Thermedics，它生產Egis爆炸物檢測器（EGIS是一個基于GC-MS爆炸物檢測線。另外兩家制造商是Barringer Technologies，現在被Smith's Detection Systems收買，和Ion Track Instruments，它是General Electric Infrastructure Security Systems的一部分。

食品、飲料和香水分析
食品和飲料中包含大量芳香化合物。一些是天然就存在于原材料中另外一些是在加工時形成的。GC-MS廣泛地用于分析這些化合物，它們包括：酯、脂肪酸、醇、醛、萜類等。GC-MS也用于測定由于腐壞和摻假所造成的污染物，這些污染物可能是有害的，而且，常常由政府有關部門對其實行控制。例如，殺蟲劑。

天體化學
幾臺GC-MS已經離開了地球。兩臺由海盗号（Viking ）項目帶上了火星。
金星計劃探測器（Venera） 11號和12號和先驱者金星计划探測器（Pioneer Venus）用GC-MS分析金星周圍的大氣。
卡西尼-惠更斯号探測任務(Cassini-Huygens mission)的惠更斯号探測器（Huygens probe）將GC-MS置放到土衛六（Titan）土星最大的衛星上。
2014年“羅塞塔號”探测器计划（the Rosetta mission）將使用手性GC-MS分析丘留莫夫－格拉西缅科彗星(67P／Churyumov-Gerasimenko)中的物質。

醫藥
十幾種先天性代謝疾病，也叫遗传性代谢缺陷（ ，缩写"IEM"）現在都可以通過新生兒篩檢試驗測到，特別是使用氣相色譜－質譜法進行監測。GC-MS可以測定尿中的化合物，甚至該化合物在非常小的濃度下都可被測出。這些化合物在正常人體內不存在，但出現在患代謝疾病的人群中。因而，該方法日益成為早期診斷IEM的常用方法，這樣及早指定治療方案最終導致更好的預后。目前能用GC-MS在出生時，通過尿液監測測出100種以上遺傳性代謝異常。

結合代謝物的同位素標記GC-MS用于測定代謝活性（metabolic activity）。大多數應用是基于使用13C作為標記，并且，用（ ，缩写"IRMS"）測定13C-12C的比例；一臺MS裝有一個特別設計的檢測器，它測定幾種選擇的離子，并以比例的形式返回檢測值。

参阅

• 液相色譜法-質譜聯用

參考文獻
參考書目
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• Eiceman, G.A. (2000). Gas Chromatography. In R.A. Meyers (Ed.), Encyclopedia of Analytical Chemistry: Applications, Theory, and Instrumentation, pp. 10627. Chichester: Wiley. ISBN 0-471-97670-9
• Giannelli, Paul C. and Imwinkelried, Edward J. (1999). Drug Identification: Gas Chromatography. In Scientific Evidence 2, pp. 362. Charlottesville: Lexis Law Publishing. ISBN 0-327-04985-5.

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外部連結

• [http://www.unsolvedmysteries.oregonstate.edu/MS_05 GCMS - How does it work?]

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• [http://www.shsu.edu/~chm_tgc/primers/gcms.html GCMS Tutorial]
• [http://www.gmu.edu/departments/SRIF/tutorial/gcd/gc-ms2.htm Gas Chromatography-Mass Spectroscopy Background]
• [https://web.archive.org/web/20111204165156/http://www.chem.arizona.edu/massspec/intro_html/intro.html Introduction to Mass Spectrometry]