如何正確選擇氣相色譜質譜聯用儀

　　一、決定質譜儀之種類

　　目前桌上型質譜儀主要分為二種：四極棒質譜儀及離子阱。四極棒質譜儀之原理為分子在離子源被離子化后，產生斷裂片后由推送電極推送，再經由加速電壓加速后通過四極棒，到達偵測器。帶電粒子經由四極棒所產生直流電壓(DC)及射頻(RF)所產生之電場中穩定變化，而過濾掉不同的荷質比(m/z)以達到分析不同分子的作用到達偵測器。離子阱之原理為離子在環電極及二個端蓋電極所產生的電場被困于離子阱之小空間中，經過射頻的掃描，使得離子不穩定而被激出(Eject)。其離子穿透率與四極柱不同，所以同一分析物圖譜之離子相對比例在四極棒及離子阱所得到的并不相同。

　　在一般長鏈純碳氫化合物分析中，由于結構多相似，僅差別數個碳數而已，所以在質譜分析圖中所呈現的斷裂離子皆相近，所以此時離子之間之相對比例及分子離子(具分子量信息之離子)即為判定其成份之唯一依據。但由于離子阱本身的原理會造成離子相對比例與典型質譜不同，使得在鑒定時出現誤判。更由于當離子在離子阱的小空間之密度變大時容易產生離子-分子反應(自身CI反應)，使得原本為M+的離子經由碰撞后變成(M+1)+，造成在定性時產生誤判(將分子量由M誤認為M+1)，定量時出現偏差(質量偏移)及動態范圍變窄等問題。特別是對于分子量不大的溶劑及不純物之分析(主要成份遠大于不純物時)特別不利。目前雖然市場上已出現改良之四極棒式離子阱，仿照四極棒質譜儀將離子源獨立于離子阱外，但是受限于先天的設計，僅能將原本誤判之程度稍做改善，無法完全消除M+1之現象。

　　離子阱之特別功能為質譜-質譜(MS/MS)，其作用為選取**次分析時之斷裂之質量進行第二次碰撞，藉由所產生之斷裂片，由”人為“去判定其斷裂機制，推衍出其結構，多使用于LC/MS(液相層析質譜儀)上，因其圖庫并不周全，且分析物較不易產生斷裂離子，所以不得不藉由此法來輔助判定，一般在使用GC/MS時較少使用此法分析，因目前圖庫已建立相當完備，且GC所分析的樣品大都容易產生斷裂離子，已可提供相當之結構信息，故不須再使用MS/MS此項耗工又耗時之功能。

　　相對地，四極棒質譜儀則因為其穩定度高，動態線性范圍廣及產生之圖譜皆為典型圖譜所以是目前市場上ZUI普遍使用之桌上型氣相層析質譜儀之種類。

　　在質譜儀分析中有二種收集斷裂片數據之方式：全掃描及選擇離子監測，全掃描是偵測所有斷裂片，具有可執行圖庫搜尋之能力;而選擇離子監測是在分析已知物時，僅選取已知物的數個斷裂片收集其訊號強度，由于掃描的次數增加，所以靈敏度增加，但卻因失去其它斷裂片之訊號，所以也失去了可執行圖庫搜尋之能力，所以只能用在分析已知物的定量上。目前一般的GC/MS一次只能執行一種模式，不能同時執行二種模式，只有PerkinElmer 具有同時執行兩種模式之功能，在增加感度時又能保有其圖庫搜尋之功能。

　　二、高真空泵浦之選擇

　　在GC/MS的分析中，真空是不可或缺之要素，它決定了分析之再現性與可預期性，也使得儀器具有高靈敏度及保護偵測器，所以高真空泵浦之選擇就相當的重要。目前ZUI常見就是擴散泵浦及渦輪泵浦二種，根據其擴散泵浦原理，擴散泵浦會有油氣污染之問題(因為必須加油使其運作)，且于開機關機時必須耗時等待，所以要有高靈敏度及快速分析的數據就必須要選擇渦輪泵浦。

　　三、偵測器之選擇

　　由于光電倍增管之耐污染(密封性)及壽命長(十年)，相較于電子倍增管僅二年之壽命與衰減性，所以偵測器選擇使用光電倍增管。可免除訊號衰減所造成的不穩定及日后維護的費用。

　　四極棒質譜儀(Quadrupole)與離子阱質譜儀(Ion Trap)比較

　　四極棒質譜儀 (Quadrupole)：

　　原理：分子在離子源被離子化后，由推送電極推送，再經由加速電壓加速后通過四極棒，到達偵測器。帶電粒子經由四極棒所產生直流電壓(DC)及射頻(RF)所產生之電場中穩定變化，而過濾掉不同的荷質比(m/z)以達到分析不同分子的作用到達偵測器。

　　優點：1.目前所有商業化之圖庫大部份皆使用四極棒式質譜儀制作，所以四極棒所產生之圖譜皆為典型圖譜，比對結果準確度高

　　2.穩定性高，不同濃度及不同時間所得到之圖譜皆相同

　　3.在真空度及四極棒原理設計改進后，靈敏度非常高

　　4.動態線性范圍廣，可定量到極高濃度之樣品

　　缺點：無MS/MS功能

　　離子阱質譜儀 (Ion Trap)：

　　原理：離子在環電極及二個端蓋電極所產生的電場被困于離子阱之小空間中，經過射頻的掃瞄，使得離子不穩定而被激出(Eject)。其離子穿透率與四極柱不同，所以同一分析物圖譜之離子相對比例在四極柱及離子阱所得到的并不相同。離子阱曾經具有高靈敏度之優點，但是隨著四極柱技術的改進，目前已不再是其優勢。

　　優點：具有MS/MS功能(但僅特殊實驗需要此項功能)

　　缺點：1.因為原理不同，所以無法得到典型的圖譜

　　2.離子在小空間中容易產生Ion-MolecularReaction(Self-CI自身化學游離反應)，使得原本為M+的離子經由碰撞后變成(M+1)+，造成在定性時產生誤判、定量出現偏差及動態范圍變窄等問題

　　3.離子阱的小空間亦會產生空間電荷效應(Space ChargeEffect)，使離子在不是原應被激出(Eject)的電壓下被激出，造成質量偏移，使得定性定量發生誤判及偏差的情形。

　　4.穩定度差：相同分析物在高濃度(或樣品背景較臟)之樣品與低濃度(背景較干凈)之樣品會得到不同的圖譜(因為單位離子濃度過高會產生偏差)

　　5.離子阱之AGC(Automatic GainControl)的設計雖可將第二及第三的缺點稍加修飾，但卻對于共滯留(無法分離)之分析物會造成非線性的校正曲線，亦會造成靈敏度會降低。

　　6.使用外部離子游離(四極棒式離子阱)雖可降低某種程度的空間電荷效應及自身化學游離反應，但是仍會發生，效果較真正之四極棒質譜儀為差。

　　擴散泵(Diffusion Pump)與渦輪泵(Turbomolecular pump)比較

　　由于Mass Spectrometer的真空范圍必須維持在10-12~10-6torr，高真空度能使得到圖譜具有有再現性及可預期性，也使儀器具有高靈敏度及保護偵測器，所以如何維持這真空系統是GC/MS相當重要部份。

　　擴散泵Diffusion Pump：

　　原理：利用泵浦油受熱揮發上升，由噴嘴噴出再與空氣分子吸附、凝結、沈降后被前段泵浦抽走。

　　優點：價錢便宜

　　缺點：1.抽氣真空度僅能達10-6 torr

　　2.泵浦油氣會漏進MS主體中，造成污染，使得靈敏度降低

　　3.泵浦起動需等待泵浦油溫度到達定值，關閉儀器也需等待泵浦油溫度下降至室溫，起動及關閉皆需耗時1個多小時

　　4.短暫之跳電可能會造成油氣倒灌入MS主體使得腔體受到嚴重污染，更甚者可能使偵測器損壞

　　渦輪泵Turbomolecular Pump：

　　原理：利用葉片高速運轉(60,000rpm)撞擊空氣分子，使其被碰撞至出口由前段泵浦抽走。

　　優點：1.抽氣真空度達10-9 torr

　　2.抽氣速率快，抽氣十分鐘后即可開始做實驗

　　3.不使用泵浦油，不會有油氣污染之問題

　　4.具有保護裝置，短暫電不會造成儀器損壞

　　缺點：造價較高

　　電子倍增管(Electron Multiplier) Vs光電倍增管(Photomultiplier)

　　電子倍增管 (Electron Multiplier)：

　　原理：離子直接撞擊電子倍增管電極Dynode，釋放出一連串電子，由于倍增管內部表面為產生電子之材質，所以電子數會以倍數生成，大小由所設定之Gain而定，再偵測電流大小得到訊號

　　優點：價格便宜

　　缺點：1. 由于離子直接撞擊電子倍增管，會污染表面，所以電子倍增管之訊號會衰減，壽命僅6到18個月

　　2.當電流超過10-8安培(Amp)時，電子倍增管易造成超載(overloading)與飽和(saturation)現象而降低其使用壽命。

　　光電倍增管 (Photomultiplier)：

　　原理：離子先撞擊轉換電極ConversionDynode，釋放出電子，電子再撞擊磷片，放出光子，光子再撞擊光電倍增管之電極，放出一連串電子，再偵測電流大小得到訊號

　　優點：1. 光電倍增管密封于玻璃內部，不會有污染的問題

　　2. 光電倍增管之壽命極長，可使用十年

　　缺點：價錢較高