气相色谱法的历史始于1941年，1955年第一台商品气相谱仪问世。在以后十年左右的时间内，很快建立了气相色谱(GC)与质谱(MS)的联用技术。气相色谱法是有力的分离手段，但作为鉴定有很大的局限性;质谱法是迄今为止样量最少、信息量很大的鉴定工具，但它要求纯样品。这二种技术的完美结合，既发挥了各自的优势又弥补了各自的缺陷。所以，GC/MS联用被当时一些化学家称之为一种划时代的分析技术。本文从两个方面讨论GC/MS联用和它的有关实验技术。
1今日的GC/MS联用技术
1.1高分辨毛细管色谱的联用
早先的气相色谱柱是填充柱，主要缺点是分辨率低，因此毛细管色谱代之而起。毛细管色谱的主要优点是色谱峰窄、分辨率高，与质谱相连可提高检测灵敏度。毛细色谱柱从当初的玻璃毛细管发展到熔融弹性石英毛细管，提高了柱的柔软、挠曲性，使用极为方便。其固定相由非交联的变为交联的，最高使用温度提高20~30℃，并降低柱流失。目前已经有400~450℃的高温色谱柱，但是GC/MS联用还有赖于接口装置，后者在商品仪器中允许承受的稳定温度不超过350℃。与填充柱相比，高分辨毛细管色谱的缺点是样品载量小，定量误差大。目前发展的大孔径毛细管柱有助于改善上述的不足之处。弹性石英毛细管孔径有四种，即0.25、0.32、0.53和。.75mm。由于质谱仪离子源真空的限制，联用时通常一使用前二种孔径，只有使用能去溶剂峰的开口分流接口装置，才使用0.53孔径。
GC/MS联用的关键是GC的大气压出口和质谱的高真空入口如何相连，这就是接口的问题。在填充柱的条件下每分钟有数十毫升的载气流量，而维持质谱离子源的高真空所要求的流量也就是每分钟1一2毫升。因此，早先的接口是通过限制针阀来实现，缺点是样品损失太多。这就导致研究高样品得率和富集样品的接口。1964一1965年期间发展了三种各有特色的接口装置，即嘴型、微孔扩散型以及薄膜型。以后，在毛细管色谱一质谱的联用接口上发展了二种类型。一是七十年代发展的开口分流接口。在联用时GC的出口仍处于大气状态，且通过反吹使溶剂峰不进入离子源。当然装置的尺寸要求颇为严格，才能保持高的样品得率。另一种是更为简单的方法，即将毛细管直接插入质谱的离子化室。毛细管的流量通常为1毫升/分钟，能满足质谱仪的真空要求。目前各公司推出的Gc/Ms仪绝大多数采用后一种方式。
1.2LZ高灵敏度的动态质谱仪
GC/MS联用仪中绝大多数是使用四极杆质谱仪，它属于动态质谱仪中的一种。与磁质谱相比，它具有灵敏度高、扫描速度快以及价格低廉等优点。从离子的传输率角度看，前者可达50%一90%，后者仅为1%一0.1%，故四极杆质谱具有很大的优势。它能达到looPg一Ing的检出灵敏度。对磁质谱仪来说要达到这样的灵敏度，需付出较大的代价，导致成本的提高。进一步提高四极杆质谱仪的灵敏度也主要在离子检测系统上的改进，如后加速电压，光电倍增管的使用等。当然，选择其它类型的动态质谱仪，如离子阱，也是一个重要途径。
事实上，高灵敏度的动态质谱仪是一个基本条件，实现高灵敏度检测还受其它因素制约，主要是仪器本底、柱流失及溶剂中杂质干扰。只有当上述这些因素的影响尽可能小时，才能体现仪器的高灵敏度。另外样品的预处理也很重要。通常认为高分辨毛细色谱民有高的分离能力，因而样品的预处理似乎变得不那么重要。实际上在一个复杂的体系中彼此是有影响的。预分离时去除那些关系不大的组分，能够改善被分析的那些峰的分离效果，由此提高了灵敏度。当然，选择合适的柱也是至关紧要。常用的工作柱从非极性至极性的有SE30、SE54、OV17、FFAP、及PEGZoM。作为联用要求。色谱柱的柱流失应低于单独GC用的色谱柱流失。
1.3数据系统
日臻完善的数据系统是反映GC/MS联用仪先进程度的标志。目前的数据系统基本上都具备如下三方面的功能。即(1)键盘控制，(2)前后台操作，(3)采用菜单和提示软件系统。目前的谱库检索系统大部分使用NlsT标准谱库，这是美国国家标准科技总署(前身是美国国家标准局NBS)出版的(92年版)约6万2干多张标准的El质谱图。十万多张的Wiley库可以作选购件。数据系统的软件编制具有开放式特点，即允许用户编制一些程序汇入软件系统，如用户建立自己的专业谱库，或打印符合专业工作要求的报告等。
1.4小型、台式GC/MS仪
目前国际上生产质谱仪器的厂家几乎都出售小型、台式GC/MS，小型、台式GC/MS具有下述三个特点，即(1)价格低廉，性能良好。通常达到低于ng量级的检出极性，扫描速度达2000~谊000道尔顿/秒。一种Cl源和直接进样装置扩大了仪器的功能。(2)使用方便，毋需高的质谱技术背景。如自动调谐和环保分析用的EPA最优化调谐;提供结合式的化学字典，查阅库内任何一张质谱图和相应的数种命名。大容量如200兆的硬盘，满足每天大量的GC/MS数据贮存。高抽速、长寿命无油系统的分子涡轮泵，不必担心突然停电而造成的返油污染。(3)易于维护。就质仪而言，维护与使用有关。正确地操作GC/MS仪和合适的样品进量能保持色谱柱的低本底，保持仪器的高灵敏度，避免样品讯号长时间的超标而影响倍增器的寿命。实际上正常的维护工作主要集中在清洗离子源(四极杆清洗是不定期的)。就质谱仪的工作原理而言，污染是不可避免的。但清洗的周期多长则取决于实验工作量、用户的使用水平，以及仪器本身的结构设计这三个因素。
2HRGC/LRMS联用的分析结构评价
目前大部分的GC/MS仪器是属于高分辨毛细管色谱(HRGC)与低分辨四极杆质谱(LRMS)的联用模式。质谱数据仅为低分辨、整数质量的El谱。根据质谱数据去推断化合物结构主要依靠谱图检索。对于结构简单的化合物可以利用谱图解析的方法去解决。但是，标准谱图又往往覆盖了大部分结构简单的化合物。所以除了代谢产物外，结构复杂的未知物单纯依靠低分辨质谱数据往往难以奏效。尽管如此，谱图检索在每个质谱实验室内天天进行，而且是确定未知色谱峰归属的颇为有效的捷径。谱图检索的重要地位，使我们有必要去评价这一联用技术所获得的数据。
众所周知，毛细色谱具有高的分辨率，在GC/MS总离子流图上它的峰宽平均约为10秒。一般通用柱的色谱程
序为60分钟，这就意味着色谱的窗口仅为360个。如果延长色谱程序至100分钟，至多也不多于600个窗‘口。目前世界上已经登记的化学品数目已近1000万种，这标明600个窗口中可能容纳的化合物如此之多，其结果对每一个窗口而言，可能代表这个化合物，也有可能代表另一个化合物;二是一个窗口或许有二个或二个以上的组合同时占有。从这个意义上来说，样品峰的相互干扰乃至重叠是不可避免的。为了提高检索的命中率，首先要获得正确的质谱图，这就需要考虑下述二个方面。
2.1排除质谱图中其它组分的干扰
2.1.1干扰的一种来源是本底和柱流失。如上所述，提供一个低的本底和柱流失的实验条件是至关紧要。
2.1.2部分叠加色谱峰处理。传统的本底扣除方法是在峰尖处累加样品峰，但对部分叠加的峰应代之以取二侧的样品峰。例如a组分(色谱峰的左端)和b组分(色谱峰右端)相互有重叠。在越是远离峰尖的左侧累加a组分样品峰，则获得的质谱图受b组分的影响越小。同理，在峰的右侧进行累加可以获得良好的b组分谱图。倘使完全重叠，则唯一的办法是反检索。目前已发展了二种混合组分的反检索软件。显然，正确掌握本底和干扰组分的扣除，对于获得可靠的质谱图，提高检索匹配率有重要作用。
2.1.3合适的色谱柱和程序升温条件有利于改善色谱峰的分离状况。
2.1.4对于复杂的分析体系，尽可能进行预分离，改善被分析组分间的有效分离。
2.2建立正确的实验条件，减小谱图变形
标准谱图绝大部分是在静态条件下通过纯品的直接进样或气、液、固进样装置获得的。而GC/MS联用时谱图是在动态条件下，即样品的蒸气以峰的形式呈现。因此，选择足够快的扫描速度和合适的扫描质量范围是必要的。另外，离子源温度的设定也必须考虑样品的性质。过高的离子源温度对脂肪族化合物的分子峰强度有影响，而对芳香族化合物影响不大。
获得一张可靠的质谱图是谱库检索的基础。但是，即使获得高的匹配率，有时候还不能确定被鉴定化合物的正确结构。这是因为有各种异构体的存在，包括几何异构、位置异构、主体异构、光学异构、构象等。质谱对许多异构体是无能为力的。尤其是立体异构、光学异构及构象，除非采用结构修饰的办法或者使用分离异构体的色谱柱再加上保留时间参数加以确认。主要原因是它们的质谱图往往很相似，仅在某些峰的强度上有小的差异。这种差异常常被GC/MS实验条件下的谱图变形所掩盖。因此检索的结果提供了匹配率极为接近的几个结果。单纯依靠匹配率的微小差异很难判断它的正确结构是哪一个，这种情况在脂肪族化合物中尤为特殊。专家们的推荐意见是谱图检索的结果只能作为尝试性的。如果要确认某一色谱峰的归属，应当用标准样品在相同实验条件下比较它们的谱图和保留时间。在不能获得标准样品的前提下也可以借用文献的相对保留时间值作为参考，进行判断。这也就是为什么许多实验室报道的数据采用标准色谱柱的原因之一。
自1957年开始发展GC/MS联用技术，至今已有37年历史。小型、台式GC/MS的出现的迅猛发展，标志着气相色谱和质谱联用已成为一种非常成熟的分析技术。
GC/MS的联用技术，其应用领域的天地是无限广阔的，它将深入到国民经济各部门并发挥越来越大的作用。GC/MS联用技术本身仍将沿着提高分辨率、灵敏度和质量范围的方向前进，但是作为一种成熟的技术，目前更多的关注将在数据系统上。
本文作者：汪聪慧
