尹 偉，法煥寶，鮮曉紅，張光輝，陳昌國(guó)

(重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400030)

氣質(zhì)聯(lián)用儀外標(biāo)法定量分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)探索

尹 偉，法煥寶，鮮曉紅，張光輝，陳昌國(guó)

(重慶大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，重慶 400030)

根據(jù)《儀器分析》實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)際情況，探討了用氣質(zhì)聯(lián)用儀外標(biāo)法進(jìn)行定量分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。介紹了氣質(zhì)聯(lián)用儀的工作原理和基本構(gòu)造等相關(guān)知識(shí)。通過(guò)該實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本操作，總結(jié)各種定量計(jì)算方法，學(xué)會(huì)特征離子的選擇技巧，從而提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

氣質(zhì)聯(lián)用儀；定量分析；外標(biāo)法；特征離子

氣質(zhì)聯(lián)用儀(GC/MS)是由氣相色譜(GC)和質(zhì)譜檢測(cè)器(MS)兩部分構(gòu)成的。該技術(shù)利用氣相色譜的分離能力讓混合物中的組分分離，并用質(zhì)譜鑒定分離出來(lái)的組分(定性分析)及其精確的量(定量分析)，具有氣相色譜的高分辨率和質(zhì)譜的高靈敏度。氣質(zhì)聯(lián)用儀被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、環(huán)保、農(nóng)殘、環(huán)境等領(lǐng)域[1_6]。氣質(zhì)聯(lián)用的分析原理和實(shí)驗(yàn)技術(shù)已成為分析工作者必不可少的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能。理工科特別是化工學(xué)院的學(xué)生掌握這門知識(shí)和技術(shù)對(duì)于以后的科研和工作都是非常有益的。

目前《儀器分析》實(shí)驗(yàn)課主要面向本學(xué)院化工、應(yīng)用化學(xué)、材料化學(xué)以及制藥、藥學(xué)等專業(yè)，共56學(xué)時(shí)。其中氣質(zhì)聯(lián)用的實(shí)驗(yàn)課有8個(gè)學(xué)時(shí)，2個(gè)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)實(shí)驗(yàn)是用氣質(zhì)聯(lián)用儀來(lái)定性分析有機(jī)混合物的組分，另一個(gè)就是本文所設(shè)計(jì)的氣質(zhì)聯(lián)用儀外標(biāo)法定量分析的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

了解氣質(zhì)聯(lián)用儀的工作原理和基本構(gòu)造，掌握氣質(zhì)聯(lián)用儀的基本操作方法，學(xué)會(huì)用外標(biāo)法定量分析有機(jī)混合物的某一組分的含量。

1.2 GC/MS定量分析原理

氣質(zhì)聯(lián)用儀主要由五個(gè)部分組成如圖1所示。氣相色譜儀分離樣品中各組分，起著樣品制備的作用;接口把氣相色譜流出的各組分分別送入質(zhì)譜儀進(jìn)行檢測(cè)，起著氣相和質(zhì)譜之間適配器的作用;質(zhì)譜儀對(duì)接口依次引入的各組分進(jìn)行分析，成為氣相色譜儀的檢測(cè)器;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)交互式地控制氣相色譜、接口和質(zhì)譜儀，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，是氣質(zhì)聯(lián)用儀的中央控制單元。

圖1 GC/MS聯(lián)用儀組成框架

外標(biāo)法就是用標(biāo)準(zhǔn)品的峰面積(或者峰高)與其對(duì)應(yīng)的濃度做一條標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)出樣品的峰面積(或者峰高)，在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出其對(duì)應(yīng)的濃度。這是最常用的一種定量方法。外標(biāo)法的特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單、計(jì)算方便，不需要測(cè)量校正因子，用于痕量組分的分析也能得到滿意的結(jié)果，適合大量樣品分析。但進(jìn)樣量要求十分準(zhǔn)確，要嚴(yán)格控制在與標(biāo)準(zhǔn)物相同的操作條件下進(jìn)行，否則造成分析誤差，得不到準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果。

質(zhì)譜有全掃描(SCAN)和選擇離子檢測(cè)(SIM)兩種模式[7_8]。全掃描是指質(zhì)量分析器在給定的時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)給定質(zhì)荷比(M/Z)范圍進(jìn)行無(wú)間斷地掃描，得到的是化合物的全譜。當(dāng)需要證實(shí)或解析試樣中的化合物時(shí)，全掃描能提供更多的信息，但是這種掃描方式的靈敏度較低。選擇性離子檢測(cè)是對(duì)選定的某個(gè)或數(shù)個(gè)特征質(zhì)量峰進(jìn)行單離子或多離子檢測(cè)，獲得這些離子流強(qiáng)度隨時(shí)間的變化曲線。其檢測(cè)靈敏度較總離子流檢測(cè)高2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，選擇性好，適合對(duì)復(fù)雜體系中某一微量成分進(jìn)行定量分析，但是在測(cè)試之前需要知道被檢測(cè)物質(zhì)的特征離子。特征離子是指在譜圖中能夠反映化合物結(jié)構(gòu)特征的一些離子，應(yīng)盡可能選擇豐度大的離子，同時(shí)考慮和其他化合物及主要干擾物的特征離子盡量不重疊[9]，最好選擇具有離子簇的特征碎片離子，通常選擇3～4個(gè)即可。

1.3 儀器與試劑

1)儀器：GC6890_MS5973，1μL的微量注射器。

2)試劑：丙酮，正丁醇，色譜純。

1.4 實(shí)驗(yàn)步驟

1)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置。分別吸取正丁醇0.1 mL、0.2 mL、0.3 mL、0.4 mL、0.5 mL，置于10 mL容量瓶中，用丙酮定容，搖勻備用。

2)特征離子的選擇。在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，用SCAN掃描方式對(duì)任一溶液進(jìn)行GC/MS分析，找到正丁醇的質(zhì)譜圖，確定特征離子。

3)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。采用SIM掃描方式對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液依次進(jìn)行測(cè)試。用峰面積與其對(duì)應(yīng)的濃度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

4)待測(cè)樣中正丁醇濃度的確定。對(duì)待測(cè)樣進(jìn)行測(cè)試，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線查出待測(cè)樣中正丁醇的濃度。

1.5 思考題

氣質(zhì)聯(lián)用儀和氣相色譜的主要區(qū)別是什么？外標(biāo)法定量的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？怎樣進(jìn)行特征離子的選擇？

1.6 完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告

實(shí)驗(yàn)完畢，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)中的問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，及時(shí)、認(rèn)真地完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。按照實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式，寫(xiě)明實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃?，列出所使用的主要儀器與試劑，簡(jiǎn)明扼要地概括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)所得的結(jié)果進(jìn)行分析討論，完成思考題。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)機(jī)制

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果評(píng)價(jià)是根據(jù)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況來(lái)進(jìn)行評(píng)定。這種評(píng)價(jià)體系是不可取的。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是依靠動(dòng)手操作的實(shí)踐性教學(xué)，因此，其評(píng)價(jià)考核的辦法應(yīng)該與理論教學(xué)不同。有的學(xué)生課前不預(yù)習(xí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不做實(shí)驗(yàn)，等著同組的同學(xué)做完后抄襲結(jié)果，但是實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成良好。為了避免類似情況的發(fā)生，我們制定了以下考核辦法：實(shí)驗(yàn)成績(jī)由課前預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告三部分構(gòu)成。其中，課前預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告各占20;實(shí)驗(yàn)操作占60。這樣能更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)達(dá)到最佳效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上合理的氣質(zhì)聯(lián)用課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生在有限的實(shí)驗(yàn)課程中，進(jìn)一步鞏固理論課上學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，基本掌握氣質(zhì)聯(lián)用儀的操作;根據(jù)所掌握的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論知識(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行大膽的探索和實(shí)踐。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析討論，提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生從事科學(xué)研究的興趣，為以后的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)以及研究生階段的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

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EXperimental Teaching of Quantitive Analysis on GC/MS by EXternal Standard M ethod

YINWei，F(xiàn)A Huanbao，XIAN Xiaohong，ZHANG Guanghui，CHEN Changguo
(College of Chemistry and Chemical Engineering，Chongqing University，Chongqing 400030，China)

According to the present situation of instrumental analysis experimental course，the quantitative analysis on gas chromatography/mass spectrometer(GC/MS)by external standard method was disscussed in this paper.It also introduced the working principle and themajor components of GC/MS.Through this experiment，students could master the operation approach，summarize a variety of quantitative analysismethods，and learn the skill of selecting characteristic ions.In addition，this experiment had also improved the students'learning interest and developed the students'ability to analyze and solve problems.

gas chromatography/mass spectrometer(GC/MS);quantitative analysis;external standard method;characteristic ions

O656.3；O657.7+1；O657.63

B

10.3969/j.issn.1672_4550.2014.01.005

2013_03_02

重慶市高等教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（113153）。

尹 偉（1979_），女，博士在讀，實(shí)驗(yàn)師，研究方向：分析化學(xué)。