一.實驗目的
1.了解質譜檢測器的基本組成及功能原理，學習質譜檢測器的調諧方法;
2.了解色譜工作站的基本功能，掌握利用氣相色譜-質譜聯用儀進行定性分析的基本操作。
二.實驗原理
氣相色譜法(gas chromatography，GC)是一種應用非常廣泛的分離手段，它是以惰性氣體作為流動相的柱色譜法，其分離原理是基于樣品中的組分在兩相間分配上的差異。氣相色譜法雖然可以將復雜混合物中的各個組分分離開，但其定性能力較差，通常只是利用組分的保留特性來定性，這在欲定性的組分完全未知或無法獲得組分的標準樣品時，對組分定性分析就十分困難了。隨著質譜(mass spectrometry，MS)、紅外光譜及核磁共振等定性分析手段的發展，目前主要采用在線的聯用技術，即將色譜法與其它定性或結構分析手段直接聯機，來解決色譜定性困難的問題。氣相色譜-質譜聯用(GC-MS)是最早實現商品化的色譜聯用儀器。目前，小型臺式GC-MS已成為很多實驗室的常規配置。
1.質譜儀的基本結構和功能
質譜系統一般由真空系統、進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器和計算機控制與數據處理系統(工作站)等部分組成。
質譜儀的離子源、質量分析器和檢測器必須在高真空狀態下工作，以減少本底的干擾，避免發生不必要的分子-離子反應。質譜儀的高真空系統一般由機械泵和擴散泵或渦輪分子泵串聯組成。機械泵作為前級泵將真空抽到10-1～10-2Pa，然后由擴散泵或渦輪分子泵將真空度降至質譜儀工作需要的真空度10-4～10-5Pa。雖然渦輪分子泵可在十幾分鐘內將真空度降至工作范圍，但一般仍然需要繼續平衡2小時左右，充分排除真空體系內存在的諸如水分、空氣等雜質以保證儀器工作正常。
氣相色譜-質譜聯用儀的進樣系統由接口和氣相色譜組成。接口的作用是使經氣相色譜分離出的各組分依次進入質譜儀的離子源，接口一般應滿足如下要求：
(a)不破壞離子源的高真空，也不影響色譜分離的柱效;
(b)使色譜分離后的組分盡可能多的進入離子源，流動相盡可能少進入離子源;
(c)不改變色譜分離后各組分的組成和結構。
離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學系統的作用下，匯聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進入質量分析器被分離。其性能直接影響質譜儀的靈敏度和分辨率。離子源的選擇主要依據被分析物的熱穩定性和電離的難易程度，以期得到分子離子峰。電子轟擊電離源(EI)是氣相色譜-質譜聯用儀中最為常見的電離源，它要求被分析物能氣化且氣化時不分解。
質量分析器是質譜儀的核心，它將離子源產生的離子按質荷比(m/z)的不同，在空間位置、時間的先后或軌道的穩定與否進行分離，以得到按質荷比大小順序排列的質譜圖。以四極質量分析器(四極桿濾質器)為質量分析器的質譜儀稱為四極桿質譜。它具有重量輕、體積小、造價低的特點，是目前臺式氣相色譜—質譜聯用儀中最常用的質量分析器。
檢測器的作用是將來自質量分析器的離子束進行放大并進行檢測，電子倍增檢測器是色譜-質譜聯用儀中最常用的檢測器。
計算機控制與數據處理系統(工作站)的功能是快速準確地采集和處理數據;監控質譜及色譜各單元的工作狀態;對化合物進行自動的定性定量分析;按用戶要求自動生成分析報告。
標準質譜圖是在標準電離條件——70eV電子束轟擊已知純有機化合物得到的質譜圖。在氣相色譜-質譜聯用儀中，進行組分定性的常用方法是標準譜庫檢索。即利用計算機將待分析組分(純化合物)的質譜圖與計算機內保存的已知化合物的標準質譜圖按一定程序進行比較，將匹配度(相似度)最高的若干個化合物的名稱、分子量、分子式、識別代號及匹配率等數據列出供用戶參考。值得注意的是：匹配率最高的并不一定是最終確定的分析結果。
目前，比較常用的通用質譜譜庫包括美國國家科學技術研究所的NIST庫、NIST/EPA(美國環保局)/NIH(美國衛生研究院)庫和Wiley庫，這些譜庫收錄的標準質譜圖均在10萬張以上。
2.質譜儀的調諧
為了得到好的質譜數據，在進行樣品分析前應對質譜儀的參數進行優化，這個過程就是質譜儀的調諧。調諧中將設定離子源部件的電壓;設定amu gain和amu off值以得到正確的峰寬;設定電子倍增器(EM)電壓保證適當的峰強度;設定質量軸保證正確的質量分配。
調諧包括自動調諧和手動調諧兩類方式，自動調諧中包括：自動調諧、標準譜圖調諧、快速調諧等方式。。。如果，分析結果將進行譜庫檢索，一般先進行自動調諧，然后，進行標準譜圖調諧以保證譜庫檢索的可靠性。
三.儀器和試劑
HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質譜、He氣源(99.999%)、毛細管色譜柱：HP-5MS (30m×0.32mm×0.25μm)、10.0μL微量進樣器;
甲苯、鄰二甲苯和萘的混合物的苯溶液，濃度均為100ppm。
四.實驗步驟
1.氣相色譜-質譜聯用儀的開啟及調諧
(1)檢查質譜放空閥門是否關閉，毛細管柱是否接好。
(2)打開He鋼瓶，調節輸出壓力為0.5Mpa。
(3)依次啟動計算機、HP-6890plus氣相色譜、HP-5973N質譜的電源。
(4)輸入正確的密碼后進入計算機桌面。
(5)左鍵雙擊桌面上的“化學工作站”圖標，輸入“用戶名”和“密碼”，進入“化學工作站”。
(6)左鍵單擊“化學工作站”界面中“view”，再用左鍵單擊其下拉菜單中的“Diagnostics/Vacuum Control”項，進入“Diagnostics/Vacuum Control(診斷與真空控制)”窗口。
(7)在Vacuum的下拉菜單中選擇pump down開始抽真空;同時分別設定離子源和四極桿的溫度為150和230。
(8)在View的下拉菜單中選擇Manual Tune，進入調諧界面。
(9)在Tune的下拉菜單中選擇Auto tune，進入自動調諧狀態。自動調諧通過后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Atune. U為文件名，以Custom(*.U)格式，點擊Open鈕將調諧文件保存在5973n的目錄下。
(10)在Tune的下拉菜單中選擇Standard Spectra Tune，進行標準譜圖調諧。調諧完成后，在File的下拉菜單中選擇Save Tune Values，以Stune. U為文件名，以Custom(*.U)格式，點擊Open鈕將調諧文件保存在5973n的目錄下。
(11)在View的下拉菜單中選擇Instrument Control，返回儀器控制界面。
2.方法的輸入設定
(1)在Method的下拉菜單中選擇Edit Entire Method進入方法編輯界面;
(2)對check method section to edit 和method to run 等界面中的選項都選中并點擊OK按鈕;
(3)在Inlet and Injection界面中，sample項選擇GC;Injection source項選擇Manual;Injection Location項選擇front;選中use MS，點擊OK鈕確定;
(4)在Instrument[Edit]界面中，點擊Inlet圖標，在Mode欄選擇Split、Gas欄選擇He，分流比1：20;選中Heater℃，并在Set point欄中輸入氣化室溫度250，點擊Apply鈕確定輸入的參數。
(5)單擊Columns圖標，在Mode欄選擇Const Flow，Inlet欄選擇Front，Detector欄選擇MSD，Outlet psi欄選擇Vacuum，Flow欄輸入1.1mL/min，單擊Apply確定輸入的參數。
(6)單擊Oven圖標，選中On，將程序升溫條件按下表輸入：
※單擊Apply確定輸入的參數。
(7)單擊Detector圖標，關閉所有GC檢測器及氣體，單擊Apply確定。
(8)單擊Aux圖標，在Heater欄選中On，Type欄選中MSD，溫度按下表設置。
單擊Apply確定輸入的參數。
(9)單擊OK，出現GC Real Time Plot界面，直接點擊OK。
(10)出現MS Tune File界面，選擇Stune.U作為調諧文件，單擊OK。
(11)出現MS SIM/Scan Parameters界面，在EM Voltage欄輸入0，Solvent Delay欄輸入3.2(min)，在Acq. Mode欄選擇Scan，單擊OK。
(12)出現Select Reports界面，選中Percent Report，單擊OK。
(13)出現Percent Report Options界面，選中Screen，設定為屏幕輸出方式，單擊OK。
(14)出現Save Method As界面，輸入本方法的名稱為Test. m，單擊OK以保存方法。
3.數據的采集
(1)在Instrument Control界面中，單擊綠箭頭圖標，出現Acquisition-Sample Information界面，分別輸入Operator Name、Data File Name(文件名)、Sample Name等欄的內容，單擊Start Run，稍后出現進樣的提示框。
(2)用微量進樣器進1.0μL甲苯、鄰二甲苯和萘的混合溶液，按下GC鍵盤上的Start鍵開始。
(3)出現“Override solvent delay?”的提示時，單擊No或不作任何選擇。
(4)雙擊桌面上的Data Analysis圖標，進入數據分析界面，在Files菜單中選擇Take Snapshot(快照)可得到截至快照時刻的所有數據。
4.數據分析
(1)數據采集結束后，在Data Analysis界面中選擇File/Load File，打開得到的譜圖;
(2)在不同的譜峰上雙擊右鍵，可得到各峰的定性結果和結構式;
(3)選擇Chromatography中的Integrate，對譜圖積分。也可在調整了積分事件中的有關參數的設置后再積分;
(4)選擇Spectrum中的Select Library，出現Library Search Parameter界面。在Library Name欄中輸入Nist98.L，單擊OK，確定進行用來檢索的標準譜庫;
(5)選擇Spectrum中的Library Search Report，出現Library Search Report Options界面，在Style欄選擇Summary，在Destination欄選擇Screen或Printer可在屏幕上顯示或大于檢索結果報告。