气相色谱质谱联用仪（GC-MS，GasChromatography-MassSpectrometry）是一种常用的分析仪器，它结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）两种技术，能够高效地进行复杂混合物中成分的分离、定性和定量分析。GC-MS广泛应用于环境监测、食品检测、药物分析、法医学、化学工程等领域。
GC-MS的组成
GC-MS仪器由气相色谱部分和质谱部分组成，这两部分通过联接装置紧密结合，协同工作。具体组成如下：
1.气相色谱部分（GC）
气相色谱负责对样品进行分离。它主要由以下几个部分组成：
进样系统：用于将样品（通常是液体或气体）引入气相色谱仪。常见的进样方式包括手动进样、自动进样器等。
色谱柱：这是气相色谱的核心部分。色谱柱通常由一个长管组成，内壁涂有一层固定相（如硅胶或聚合物），用于分离样品中不同的成分。样品通过色谱柱时，由于不同成分的挥发性和亲和力不同，它们会被分开，并在不同的时间点从色谱柱中流出。
载气系统：气相色谱中的载气（如氦气、氮气或氢气）用来将样品传送通过色谱柱。载气通常以一定的流速推动样品在色谱柱中流动。
温控系统：色谱柱的温度通常会被精确控制。温度的变化会影响分离效果，因此GC通常具有可编程的温控系统，以优化分离过程。
检测器：气相色谱的检测器用于监测色谱柱出口处样品组分的浓度。常见的检测器包括火焰光度检测器（FPD）、热导检测器（TCD）、氮磷检测器（NPD）等。在GC-MS中，通常使用氢火焰离子化检测器（FID）或电子捕获检测器（ECD）。
2.质谱部分（MS）
质谱部分用于对经过色谱柱分离的样品成分进行定性和定量分析。质谱仪由以下几个主要部分组成：
离子源：离子源是质谱仪的核心部分，它负责将气态分子或气体样品转化为带电离子。常见的离子化方法包括电子轰击（EI）和化学电离（CI）。在GC-MS中，电子轰击（EI）离子源最为常见。
质谱分析器：质谱分析器负责将带电离子根据质荷比（m/z）进行分离。常见的质谱分析器包括四极杆质谱（QMS）、时间飞行质谱（TOF-MS）、离子阱质谱等。
质量检测器：质量检测器用于测量经过分析器分离的离子的信号强度，并将信号转化为数据。质谱数据一般以质谱图的形式呈现，横轴为质荷比（m/z），纵轴为离子强度。
3.数据处理系统
GC-MS还配有一个计算机系统，用于控制仪器、采集数据、以及进行数据处理和分析。通过专门的软件，用户可以实现自动化操作、结果定量分析、质谱库比对等功能。
GC-MS的作用和优势
1.分离和定性分析
气相色谱的作用是通过分配作用将样品中不同的成分分离开来，使得每一种成分在时间上得到分离。通过色谱柱分离后的各组分会依次进入质谱仪，质谱仪根据各组分的质荷比（m/z）生成不同的质谱图。因此，GC-MS不仅能够分离出样品中的不同组分，还可以通过比对质谱图与已有的数据库来实现成分的定性分析。
2.定量分析
GC-MS还可以通过比较样品中各组分的峰面积（或峰高）与标准物质的标准曲线来实现定量分析。这对于分析样品中各成分的浓度非常有用。
3.高灵敏度和高选择性
GC-MS具有非常高的灵敏度，能够检测到样品中极低浓度的成分，特别是在复杂基质中。质谱的选择性使得它能够识别复杂混合物中的微量成分，即使这些成分在色谱柱上表现为相似的行为，也能通过质谱进行精确区分。
4.广泛的应用
GC-MS适用于挥发性和半挥发性化合物的分析，因此它在很多领域都有广泛应用：
环境监测：分析空气、水、土壤中的有害物质，如挥发性有机化合物（VOCs）、农药残留、石油污染物等。
食品安全：检测食品中的农药残留、添加剂、污染物等。
临床和法医分析：如药物滥用检测、毒物分析、血液/尿液样本分析等。
药物分析：包括药物代谢物的分析、药物纯度和含量测定等。
5.分子结构分析
通过质谱数据，GC-MS可以提供有关化合物分子结构的重要信息。例如，可以通过分析母离子和碎片离子的关系来推测分子的结构。质谱图上各个离子的强度和m/z值可以帮助分析化合物的分子量和结构特征。
总结
气相色谱质谱联用仪（GC-MS）是分析复杂样品成分的一种强大工具，能够提供精确的分离、定性和定量分析。它结合了气相色谱的高效分离和质谱的高灵敏度、高选择性，使得它在环境监测、食品安全、药物分析等领域具有广泛应用。GC-MS不仅能够识别和定量分析复杂样品中的各种组分，还能通过质谱提供有力的分子结构信息，是现代分析化学领域的重要设备。
