质谱直接分析试样要求是纯或比较纯的，如为简单混合物，则各组分应具有基本互不干扰的特征质谱峰。对于成分复杂混合物，由于杂质峰、碎片峰等重叠、干扰，谱图过于复杂，难以进行多组分的分析、鉴定。

色谱是目前分离复杂混合物最有效的方法，然而由于色谱自身不具备定性能力或定性可靠性欠佳。将色谱分离能力与质谱定性、结构鉴定能力结合起来，可实现复杂混合物的分析。

目前，质谱与其他技术的联用已经非常广泛，如气相色谱一质谱联用(GC-MS)、液相色谱一质谱联用（LC-MS)、质谱一质谱联用（又称串联质谱，MS-MS),傅里叶变换红外一质谱联用（FTIR-MS)、毛细管电泳一质谱联用(CE-MS)等。本章下面几节将主要介绍最常见也是应用最普遍的三种联用技术，即GC-MS,LC-MS和MS-MS，其他联用技术可参考相关专著。

一 气相色谱一质谱联用仪器

气相色谱一质谱联用仪是较早实现联用技术的仪器。自1957年HolmesJC和MorrellFA首次实现气相色谱和质谱联用以来，这一技术得到了长足的发展。在所有的联用技术中，GC-MS的发展最为完善，应用也非常广泛。目前市售的有机质谱仪器几乎都能和GC相匹配。

气相色谱仪器将复杂混合物试样各组分分离后，依次流入气相色谱仪与质谱仪器之间的接口装置，并顺序进入质谱系统，经质谱分析检测后，按时序将测试数据传递给计算机系统并存储；联用仪各部件功能如下：气相色谱实现对复杂试样的分离，接口充当适配器，让气相色谱仪器的大气压操作环境与质谱的真空操作体系相匹配，质谱仪器实现对各组分的检测分析，计算机控制系统交互控制着气相色谱仪器、接口、质谱仪以及数据采集、处理等，是仪器的核心控制单元。

二 GC-MS联用中的技术问题

（一)GC-MS接口

通常气相色谱柱出口端压力为一个大气压，然而质谱仪器中试样是在10-510-7mbar真空条件的离子源或电离室中实现离子化，接口就是实现从大气压到真空之间的转换，将色谱柱流出物中的载气尽可能除去，保留和浓缩待测物。理想的接口应当能够除去全部载气，然而却不损失待测试样组分。目前，常用的接口主要可以分为以下三种：

1．直接导入型接口

直接导入型接口是指色谱柱的流出物包括载气、试样等全部导入质谱的离子源。最常见、最简单的是将毛细管气相色谱柱的末端直接插入质谱仪器的离子源内，色谱的流出物直接进入离子源。由于气相色谱的载气通常是惰性气体难以发生电离，而待测试样却会形成带电粒子，带电粒子在电场作用下加速进入质量分析器，而载气由于不会受到电场的影响进入质量分析器而直接被真空泵抽走。此时接口的功能实际在于保持毛细管插入端位置的固定以及维持适当的温度避免色谱流出物冷凝。

这种接口的优点是结构简单、收率高（100%)，缺点是无浓缩作用，对色谱部分的要求较高，通常仅适用于毛细管柱气相色谱，载气的使用仅限于氦气或氢气，流量应控制在0.7-1.0mL·min-1，过大流量会引起质谱仪检测灵敏度的下降。

2．开口分流型接口（open-splitcoupling)

与直接导入型接口不同：，在开口分流型接口中，仅有一部分色谱洗出物被送入质谱仪，其余部分直接排空或引入其他检测器。

气相色谱柱的一端插入接口，其出口端正对质谱仪器限流毛细管的入口，一限流毛细管能承受0.1MPa的压力降，与质谱仪真空泵的工作流量相匹配。色谱柱和限流毛细管外有一根充满氦气的外套管，当色谱仪流量大于质谱仪器工作流量时，由、于内部压力较大，氦气口被撑开，过多的色谱流出物随氦气流出接口；当色谱仪器流量小于质谱仪器工作流量时，内容压力低、氦气提供气流补充。

这种接口的优点在于结构简单、操作方便，色谱柱出口压力为恒定大气压，联用时不需对仪器进行任何改造，且不影响色谱的分离性能，更重要的是，由于氦气补充气的存在，可实现即时色谱柱的更换而避免质谱仪器的开关。这种接口的缺点在于，当色谱流出量较大时，由于分流过多，待测试样离子化效率低，给检测、定量等带来困难，不适合于填充柱气相色谱。

3．喷射式分子分离器接口

喷射式分子分离器接口的工作原理是根据气体在喷射过程中，相同速度的分子，其质量不同所具有的动量不同，动量大的分子易于保持喷射方向的直线运动，而动量小的分子易于偏离喷射方向。因此，将色谱流出物接入喷射式分子分离器接口后，相对分子质量小的载气在喷射过程中偏离喷射方向，被真空泵抽走，相对分子质量大的试样沿喷射方向进入质谱的离子源系统，最终经离子化后检测。由于试样分子与载气分离，喷射式接口有利于浓缩试样，因此又被称为浓缩型接口。

气相色谱的流出物在氦气补充气（流量约15-20mL·min-1）作用下，通过接口毛细管，喷射进入分子分离器，分离器A处出口狭缝略大于B处的入口狭缝，至少95％的氦气被真空抽走，而大于50％的待测物通过狭缝B进入质谱仪器，试样被大大浓缩。通过控制分离器中A和B的相对位置以及狭缝宽度，可以获得试样的最佳浓缩效率。这种接口实际上是一种单级分子分离器。为了获得更高的分子分离效率，也有采用多级喷射分离器。

气相色谱流出物进入接口后，经直径约0.1mm的喷射孔向外喷射，通过约0.15-0.3mm的行程后，又进入更细的毛细管，进行第二次喷射，喷射过程中，载气分子逐渐与试样分子分离，起到多级浓缩效果。

喷射式分子分离器的浓缩系数与待测试样相对分子质量成正比；收率与氦气流量相关，当氦气流量在某一范围时可以获得最佳收率，通常可通过参数优化获得；一般而言，工作温度较高时收率较高。
喷射式分子分离器这种接口适合于各种流量的气相色谱柱，从填充柱到毛细管柱，均可很方便地使用此种类型的接口。该接口的主要缺点是对于易挥发的试样传输效率较低，效果不甚理想。

(二）接口性能的评价指标

在GC-MS联用中，常用以几个参数来评价接口的性能：传输收率Y、浓缩系数N、延时t和峰展宽系数H。当传输收率Y趋向100%，延时趋向0，峰展宽系数趋向1，浓缩系数N足够大时，接口达到理想状态，能提供最优异的分子分离性能。

三 对GC的要求

首先是色谱分离柱的选择，对色谱柱的稳定性要求较高，必须采用充分老化或限制使用温度的方法，尽量避免色谱柱的固定液流失以降低质谱仪器检测噪声。另外必须根据接口部件的特点选择不同类型的色谱柱，如直接导入型接口只可选择细内径的毛细管柱，而开口分离型或喷射分子分离型接口则可综合柱容量、分离效率等选择合适结构的填充柱或毛细管柱。除色谱柱的选择外，对载气亦有一定的要求，载气必须纯度高、化学稳定性好、易于和待测组分分离、易于被真空泵排出。通常在GC-MS中选用的载气为氦气，纯度在99.995％以上。

四 对MS的要求

由于色谱流出物中大量载气的存在，会极大干扰待测试样分子的解离，质谱仪器的真空系统必须具备很高的效率、大的排空容量，以利于将载气最大限度地抽出质谱仪器，避免载气对待测试样的电离、分析等干扰。另外，质谱仪必须具备高的扫描频率：气相色谱分离高效、快速，色谱峰都非常窄，有的仅几秒钟时间。一个完整的色谱峰通常需要6个以上的数据采集点，因此，质谱仪必须具备较高的扫描速度，才可能在很短的时间内完成多次全质量范围的扫描。

五 GC-MS分析方法

在GC-MS联用分析中，色谱的分离和质谱数据的采集是同时进行的。为了使每个组分都实现良好的分离与鉴定，必须设定合适的色谱和质谱分析条件。

色谱条件包括色谱柱的类型（填充柱或毛细管柱）、固定液种类、载气种类、载气流量、试样气化温度、分流比、程序升温方式等。设置的一般原则是：优先选用毛细管气相柱、极性试样使用极性柱、非极性试样使用非极性柱、未知试样可先尝试中等极性的色谱柱，尔后根据实际情况作适当调整。

质谱工作条件包括电离电压、扫描速度、扫描质量范围、扫描模式等，这些均要根据实际试样情况、实际测试需求进行设定。

六 GC-MS数据的采集

GC-MS数据的采集与质谱仪器对数据的采集相同，如分离分析含50个组分的试样，则每个试样需采集105以上质谱数据，采集和处理数据量比一般分析单一成分纯试样大得多。

1．总离子流色谱图

混合物试样由色谱柱分离的各组分连续地流入离子源。如果没有组分进入离子源，计算机采集到的质谱各离子强度均为。。当有试样经过离子源时，计算机就采集到具有一定离子强度的质谱信号。并且计算机可以自动将单位时间内所获得质谱的离子强度相加，给出总离子流强度随时间变化的总离子流色谱图(TIC)。一个典型的总离子流色谱图。

由GC-MS得到的TIC的形状和采用一般色谱仪获得色谱图是相一致的，可用于化合物的色谱鉴别定性；峰面积和该组分含量成正比，可用于GC-MS定量。只要所用色谱柱相同，试样出峰顺序就相同。其差别在于，总离子色谱图所用的检测器是质谱仪，而一般色谱图所用的检测器是氢火焰、热导池等，两种色谱图中各成分的校正因子不同。

2．质谱图

由总离子流色谱图可以得到任何一组分的质谱图，离子流进入质量分析器，只要设定好分析器扫描的质量范围和扫描时间，计算机就可以采集到每个组分洗出过程中连续的质谱信号。如果色谱分离良好，根据扫描速度，每个色谱峰可采集到多组分全扫描质谱图，且同一组分不同色谱峰位置的质谱图应基本一致，但强度不同。一般情况下，为了提高信噪比，通常由色谱峰峰顶处得到相应质谱图最佳。若色谱分离欠佳，同一色谱峰中存在两个或两个以上组分，此时色谱不同位置扫描的质谱图将不一致，应尽量选择不发生干扰的位置得到质谱，或通过扣本底消除其他组分的影响。

3．质量色谱图

总离子流色谱图是将单位，时间内所有离子加和得到的。也可以通过选择不同质量的离子作质量色谱图（MC)，使色谱不能分开的两个峰实现分离，以便进行定性、定量分析。图23-20说明利用MC分离TIC中不能分离的两组分。进行定量分析时也要使用同一离子得到的质量色谱图测定校正因子。

4．库检索

得到质谱图后可以通过计算机检索对已知化合物进行定性。

七 GC一MS灵敏度

GC-MS灵敏度是指在一定的试样、一定的分辨率下，产生特定信噪比的分子离子峰所需的试样量。例如，通过GC进标准测试试样八氟萘1pg，用八氟萘的分子离子m/z272作质量色谱图并测定m/x272离子的信噪比，如果信噪比为20，则该仪器的灵敏度可表示为1pg八氟萘（信噪比20:1)。有的仪器选用硬脂酸甲酯、六氯苯、十氟苯酚等作测试试样。

八 GC-MS的应用

GC-MS联用已成为有机化合物常规检测必备工具。下面简介武汉大学化学院分析研究中心实验室最近工作实例，初步了解GC-MS应用。

1.GC-MS检测猪肉中的克伦特罗

克伦特罗，化学名为羟基叔丁肾上腺素[a一［（叔丁氨基）甲基〕-4-氨基-3,5-二氯苯甲醇，clenbuterol]，俗称瘦肉精，是一种禁用饲料添加剂。由于克伦特罗的化学结构中有不易气化的羟基和氨基，因此试样需要衍生化。〔仪器为ShimadzuGC-MSQP2010，气相色谱柱：HP-5MS柱，30m×0.25mm,进样口温度：220℃；载气（99.999％的高纯氦）流量0.9mL/min。升温程序：初始温度70℃，保持0.6min，以25℃/min升温至220℃，保持6min，再以25℃/min升温至280℃，保持5min。El能量为70eV，离子源温度200℃，接口温度280℃。〕

2.GC-MS检测唾液中的四氢大麻酚

大麻是国际体育竞技中禁用的兴奋剂。根据国际奥委会医学委员会的规定，体育运动中的兴奋剂检测唯一能用作确认的仪器是GC-MS。唾液比尿液收集方便，对人的侵犯小，且唾液的阳性结果对于解释对象在短期内，特别是24h内使用过药物更具说服力。