更新时间：2024-07-01 12:44
气相色谱（Gas chromatography，GC）具有极强的分离能力，但它对未知化合物的定性能力较差；质谱（Mass Spectrometry，MS）对未知化合物具有独特的鉴定能力，且灵敏度极高，但它要求被检测组分一般是纯化合物。将GC与MS联用，即气-质联用，彼此扬长避短，既弥补了GC只凭保留时间难以对复杂化合物中未知组分做出可靠的定性鉴定的缺点，又利用了鉴别能力很强且灵敏度极高的MS作为检测器，凭借其高分辨能力、高灵敏度和分析过程简便快速的特点，GC-MS在环保、医药、农药和兴奋剂等领域起着越来越重要的作用，是分离和检测复杂化合物的最有力工具之一。
1903年，俄国植物学家Tswett发表了题为“一种新型吸附现象及在生化分析上的应用”的研究论文，文中第一次提出了应用吸附原理分离植物色素的新方法。1906年，他命名这种方法为色谱法。这种简易的分离技术，奠定了传统色谱法基础。但由于当时Tswett色谱技术分离速度慢、效率低，长时间内并没有受到当时科学界的重视。 1952年，James和Martin发明了气相色谱法，并因此获得了1952年的诺贝尔化学奖。1957年，Golay开创了毛细管气相色谱法。
气相色谱法又称气相层析法，是一种采用冲洗法的色谱分离技术，特别适用于生化产品的分离纯化。气相色谱以气体作为流动相，用固体吸附剂或液体作固定相，它利用试样中各组分在色谱柱中的气相和固定液液相问的分配系数不同，当气化后的试样被载气带人色谱柱中运行时，组分就在其中的两相间进行反复多次的分配(吸附-解吸附或溶解-放出)，由于固定相对各组分的吸附或溶解能力不同，因此各组分在色谱柱中的运行速度就不同，经过一定的柱长后，试样中被分离的各组分即能达到完全分离。单纯的气相色谱应用相对要少些，一般是与其他技术联用。传统的填充柱和毛细管气相色谱各有优缺点，填充柱由于分析物在柱上的高度分散导致分辨率低，而毛细管气相色谱在分离挥发性化合物时可避免溶液干扰，但却存在取样量较少而灵敏度有所下降问题。近年来提出的由900～2 000支毛细管组成的毛细管束克服了这两者的缺点。
对于复杂多组分混合物分析，单种方法是难以解决的，往往需要两种或两种以上分析方法才能有效解决。其中气相色谱、质谱灵敏度都很高，最小检测量接近，被分析样品都必须气化，所以气-质联用更为适宜，成为开发最早的色谱联用仪器，在所有联用技术中发展相对最为完善。这种技术发展较快，对未知混合组分定性鉴定、分子结构的准确判断提供了一种更加完善的手段。从事有机物质分析的实验室几乎都把GC-MS作为最主要的定性确认手段之一，在很多情况下也用于定量分析。发展迅速的小型台式质谱仪已成为气相色谱仪的一种专用检测器——质谱检测器(MSD)。
混合物样品经色谱柱分离后进入质谱仪离子源 ，在离子源被电离成离子，离子经质量分析器 、检测器之后即成为质谱信号并输入计算机。样品由色谱柱不断地流入离子源，离子由离子源不断进入分析器并不断得到质谱，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一个个质谱。计算机可以自动将每个质谱的所有离子强度相加，显示出总离子强度，总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图，总离子色谱图的形状和普通的色谱图是相一致的，可以认为是用质谱作为检测器得到的色谱图。
质谱仪扫描方式有两种：全扫描和选择离子扫描 。全扫描是对指定质量范围内的离子全部扫描并记录，得到的是正常的质谱图，这种质谱图可以提供未知物的分子量和结构信息。可以进行库检索 。质谱仪还有另外一种扫描方式叫选择离子监测( Select bn Moniring，SM)。这种扫描方式是只对选定的离子进行检测，而其它离子不被记录。它的最大优点是对离子进行选择性检测 、只记录特征的 、感兴趣的离子，不相关的、干扰离子统统被排除；是选定离子的检测灵敏度大大提高，采用选择离子扫描方式比正常扫描方式灵敏度可提高大约 100 倍。由于选择离子扫描只能检测有限的几个离子，不能得到完整的质谱图，因此不能用来进行未知物定性分析。但是如果选定的离子有很好的特征性，也可以用来表示某种化合物的存在。选择离子扫描方式最主要的用途是定量分析，由于它的选择性好，可以把由全扫描方式得到的非常复杂的总离子色谱图变得十分简单，消除了其它组分造成的干扰。在一般色谱分析中主峰对被测组分的影响很大，为了降低主峰的影响，通常采用预切割技术使得仪器的气路比较复杂，操作比较麻烦 。而质谱的优点就是通过离子选择性技术很方便地避开了主体组分的影响 。
气相色谱种类很多，性能也各有差别，主要包括两个系统，即气路系统和电路系统。气路系统主要有压力表、净化器、稳压阀、稳流阀、转子流量计、六通进样阀、进样器、色谱柱、检测器等；电子系统包括各用电部件的稳压电源、温控装置、放大线路、自动进样和收集装置、数据处理机和记录仪等电子器件。按照功能单元分有：载气系统、进样系统、色谱柱和柱温、检测系统、记录系统。质谱仪的基本部件有：离子源、滤质器、检测器三部分组成，它们被安放在真空总管道内。
蔬菜生产中滥用农药的情况比较严重，蔬菜中往往含有多种类型的残留农药，品种复杂多样，极性差别大，难以在同一色谱条件下监测。传统的残留分析方法常常采用气相色谱的各种选择性检测器，但它们只能对一类农药进行分析检测，而且仅仅依靠保留时间定性，不适合进行多残留分析。GC-MS方法可以同时检测多种类型的农药，而且对检测对象可进行准确定性、定量。王莹等通过实验建立了蔬菜中28种农药的气相色谱-质谱的快速检测方法，包括8种有机磷杀虫剂、7种有机氯杀虫剂、3种氨基甲酸酯类杀虫剂、7种拟除虫菊酯类杀虫剂、3种杀菌剂。李云飞等用GC-MS以选择离子检测方式对果蔬类农产品中含有机氯、有机磷、氨基甲酸酯及除虫菊酯类农药的残留量进行定性和定量分析。结果表明方法回收率在80%～120%，变异系数在6%～20%之间。刘永波等采用SIM-GC-MS方式，依据保留时间和特征离子丰度比，在36 min之内检测有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯等48种农药，并可同时定性和定量，可用于蔬菜、水果等多种农产品的检测。
香气成分是构成各种酒质量的主要因素，是酒类产品最主要的品质指标之一，决定着酒的风味和典型性。随着气质联用技术的发展，GC-MS已广泛应用在各种酒类香气成分测定，尤其是在测定葡萄酒、荔枝酒、黄酒等的香气成分上，已有不少报道。气质联用技术的应用为葡萄酒香气物质的分析鉴定提供了强有力的手段。自20世纪90年代以来，GC-MS技术在葡萄酒香气分析中的应用越来越多，但由于前处理和色谱条件的不同，分析结果也有一定的差异。在葡萄酒香气成分的分析中多采用内标法进行定量，其关键是内标物的选择，常用的内标物有2-辛醇、3-辛醇、γ-己内酯、4-甲基-2-戊醇等。孙玉霞等分析了GC-MS技术在葡萄酒香气成分中的应用方法。王方等用GC-MS技术对王朝赤霞珠、梅鹿辄两种干红葡萄酒进行分析，共检测出77种香气组分，根据计算机检索定性并利用面积归一法对组分进行定量，鉴定出70种香气组分。杨亚红等采用GC-MS对青梅发酵酒和浸泡酒的香气成分进行分析，鉴定出青梅发酵酒中的64个香气成分。郑春亮等用GC-MS对黄酒香气成分含量进行定性定量分析，研究了不同年份黄酒中香气成分含有的物质及其含量，比较了不同年份黄酒香气成分之间的差异。结果显示：各种黄酒均检出7种左右的香气物质，各香气物质在不同成熟期黄酒中的含量不同，年数长的比年数短的黄酒含乙酸乙酯多。张巧珍等利用固相微萃取和气质联用技术对新型果酒荔枝酒中的香味成分进行了初步分析，通过计算机图库鉴定出65种香气物质，并用面积归一法了解了一些香味成分的相对含量。
香精香料是一个新兴的行业，尤其是咸味香精的开发利用，是近20年发展起来的。GC-MS仪的利用为香精香料的检测分析做了很大的贡献。在食用香料分析方面，刘源等用顶空SPME-GC-MS技术测定生姜挥发性成分，共得51种化合物，并检测到生姜特有的辣味成分：姜醇，同时范燕萍等对黄、白姜花的花瓣、花柱的挥发性成分进行分析，其大多成分相同、少量相异。朱晓兰等对辣椒油进行分析，鉴定出40种化合物。李祖光等对八角茴香、黑胡椒粉的挥发性成分进行分析，分别鉴定出44种和54种化合物。在香味香精方面，如猪肉香精、牛肉香精、鸡肉香精等，GC-MS是必不可少的香成分分析仪器。
在水果蔬菜香味分析方面，钟明等用SPME-GC-MS分析了“三棱榄”橄榄果的挥发性物质，得24种成分，其主要成分为反式-石竹烯和D-大根香叶烯，两者含量之和占58.82%。王素雅等分析新鲜香蕉与香蕉汁中挥发性组分，香蕉鲜果鉴定出71种挥发性化合物，果汁中鉴定出81种化合物，两者共有化合物41种，这41种物质占果汁挥发性物质的64.93%。吴继红等以此技术快速测定苹果中的挥发性成分，共鉴定出48个化合物(对于相同苹果品种，该方法只鉴定香气成分25种)，按峰面积计算，其含量占苹果挥发性成分的98%。马永昆等用此法测定库尔勒香梨香气成分，测出25种成分，占总量的48.99%，得知香梨的浓香主要来自于小分子酯类和乙醇。刘春香等分析新鲜黄瓜中的挥发性成分，得36种芳香类物质，鉴定成分29种。翁雪香等从茼蒿中顶空萃取并鉴定出25种化合物。
在食品成分分析上，汪立平等用顶空联用法在红富士苹果酒中共鉴定出32种香气成分，其结果与Williams等的报道相符合。胡国栋等顶空分析啤酒微量香气组分，共鉴定了41种化合物。CarciaD等、栾天罡等对不同产地的葡萄酒运用相同方法进行分析，建立SPME和甲基硅烷化结合新的样品预处理方法，并应用气质联用技术对其中极性有机物进行分析，对白藜芦醇进行了定量分析、测定，方法快速、简单、灵敏度高。肖华志等对芥末油风味成分鉴定，得6种挥发性成分，其主要物质为异硫氰酸烯丙酸(AITC)。
农药的大量施用不仅对农作物造成直接污染，而且会残留在土壤和水体中，通过食物链富集，进入人体而危害人类健康。随着人民生活水平和质量的提高，人们对土壤、水等环境中农药污染问题日益关注。谢振伟等建立了用加速溶剂萃取仪（ASE）萃取、凝胶渗透色谱（GPC）净化、气相色谱/串联四极杆质谱多反应监测，同时测定土壤中17种有机氯农药和19种多氯联苯的方法。李丽君等建立了索氏提取，固相萃取柱净化，利用气质联用仪采用选择离子扫描（SIM）模式测定土壤中7种多氯联苯（PCBs）。
陶文靖等采用顶空自动进样，气相色谱-质谱联用法对地下水中可能存在的25种挥发性有机污染物进行定性确认和定量分析。张莉等建立了同时检测水中17种有机氯农药和16种多环芳烃的气相色谱质谱分析方法。张永涛等通过水体中酸性除草剂存在形态的改变、衍生试剂的选择及定量离子的确定，建立了重氮甲烷衍生气相色谱-质谱法检测水中卤代酸类、苯酚类、氮硫杂环类酸性除草剂的方法。采用自行设计制造的重氮甲烷发生装置，有效控制了二甲基亚硝基苯磺酰胺的反应用量，减少了有害气体的排放。
纺织品在人们的生活当中应用广泛，其中是否存在对消费者健康造成损害的化学物质已引起人们的关注。卫碧文等以甲苯为萃取溶剂，采用加速溶剂萃取方法，以外标法定量，建立了一种测定纺织品中多环芳烃（PAHs）含量的气相色谱-质谱联用法。何秀玲等采用微波-超声波协同萃取方法提取纺织品中的微量全氟辛酸（PFOA），并用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）定量检测。樊苑牧等建立了气相色谱-质谱（GC-MS）测定纺织品中16种含氯酚及邻苯基苯酚、β-萘酚残留量的方法。朱隽采用气相色谱/质谱（GC/MS）法，对纺织品中的22种禁用偶氮燃料进行同时测定。钱凯等建立了纺织品中富马酸二甲酯（DMF）的气相色谱-质谱联用测定法，探讨了样品测定过程中有关条件变化对测试的影响，得到了测试的适宜条件。
GC-MS分析复杂未知混合物准确、灵敏、快速，且操作简便，已经成为分析复杂未知物的最有效的手段之一。近年来，GC-MS在食品和环境中应用已经非常广泛，随着GC-MS技术的发展及其优点的凸显，也开始在其他方面应用广泛，例如水质检测，肉类香味检测、品质检测，一些食品(如鸭蛋)中苏丹红色素的检测等。此外，由于食品的组成成分比较复杂，并且不同农药品种之间的理化性质存在一定的差异，加上近年来不断涌现出低毒、高效、低残留农药品种，这就需要更高的农药残留检测技术。食品中农药残留的分析检测技术朝着简便、快速、准确、灵敏的方向发展，所以在气质联用仪的基础上仪器又有了改进。新出现的质谱的串联可以在不降低定性水平的前提下，明显提高了选择性和灵敏度。随着气质谱联用技术的不断发展，其检测技术可以达到更高的要求，将会被应用到更加广泛的食品中农药残留的痕量检测中。