气相色谱 - 质谱联用技术（GC-MS）是一种将气相色谱（GC）的高效分离能力与质谱（MS）的高灵敏度和定性分析能力相结合的分析技术，在化学、环境、医药、食品等多个领域有着广泛应用。以下将从技术原理、组成结构、工作流程、应用领域及优缺点等方面对其进行详细解析：

一、技术原理

气相色谱（GC）的分离原理：基于不同物质在固定相和流动相（载气，如氦气、氮气）之间的分配系数差异进行分离。待分析样品在高温下汽化后，随载气进入色谱柱，由于各组分与固定相的相互作用（如吸附、溶解）不同，在柱内的迁移速度存在差异，从而实现分离。

质谱（MS）的检测原理：分离后的组分依次进入质谱仪，在离子源中被电离成带电离子，这些离子在电场或磁场作用下按质荷比（m/z）大小分离，最终被检测器检测，形成质谱图。通过质谱图可对物质进行定性和定量分析。

二、组成结构

GC-MS 主要由以下几个部分组成：

气相色谱部分

进样系统：包括进样口（如分流 / 不分流进样口）、进样针等，用于将样品引入色谱柱，常见进样方式有液体进样、顶空进样、固相微萃取进样等。

色谱柱：分为填充柱和毛细管柱，毛细管柱因分离效率高而更为常用，其固定相种类多样（如非极性、极性固定相），可根据样品性质选择。

柱温箱：控制色谱柱温度，通过程序升温优化分离效果。

载气系统：提供稳定流量的载气，常用载气为氦气，因其扩散系数大、惰性强。

质谱部分

接口：连接 GC 和 MS，起到传输样品、维持真空的作用，常见接口类型为毛细管柱直接导入型接口。

离子源：将样品分子电离为离子，常用离子源有电子轰击离子源（EI）和化学电离源（CI）。EI 源能产生丰富的碎片离子，适用于定性分析，但可能导致分子离子峰不明显；CI 源则可获得较强的分子离子峰，适合分子量测定。

质量分析器：按质荷比分离离子，常见类型包括四极杆质量分析器（结构简单、成本低，应用广泛）、离子阱质量分析器（可进行多级质谱分析）、飞行时间质量分析器（分辨率高，适合快速分析）等。

检测器：检测离子信号，常用检测器为电子倍增器。

真空系统：质谱仪需在高真空环境下工作，以减少离子与气体分子的碰撞，真空系统通常由机械泵和涡轮分子泵组成。

数据处理系统

对 GC 和 MS 的数据进行采集、处理和分析，配备专用软件（如 NIST 质谱库检索软件），可进行定性鉴定和定量计算。

三、关键性能指标

四、主流配置类型

单四极杆GC-MS：常规分析，性价比高

三重四极杆GC-MS/MS：高选择性，复杂基质分析

GC-TOF MS：高分辨率，未知物筛查

便携式GC-MS：现场快速检测

五、应用领域

环境分析：检测环境中的污染物，如大气中的挥发性有机物（VOCs）、水中的农药残留、土壤中的多环芳烃（PAHs）等。例如，用于监测饮用水中氯代烃类污染物的含量。

食品安全：分析食品中的添加剂（如防腐剂、色素）、农药残留（如有机磷、有机氯农药）、污染物（如塑化剂）以及风味成分（如酒类中的香气物质）。

医药领域：用于药物成分分析、代谢物研究、手性药物分离及生物样品（如血液、尿液中的药物及其代谢产物）检测，助力药物研发和临床诊断。

化学化工：分析有机合成产物、聚合物单体、石油化工中的烃类化合物等，监控反应进程和产品纯度。

法医学与毒理学：检测生物样品中的毒品、毒物（如安眠药、重金属有机化合物），为案件侦破提供证据。

考古与文物保护：分析文物中的有机成分，如古画颜料中的油脂、陶器中的残留有机物，帮助研究文物的年代和制作工艺。

六、发展趋势

联用技术创新：与其他技术联用，如 GC-MS 与气相色谱 - 红外光谱（GC-IR）联用，进一步提高定性分析的准确性。

小型化与便携化：开发便携式 GC-MS 仪器，适用于现场快速检测（如环境应急监测、安检）。

高通量分析：优化仪器参数和数据处理算法，提高复杂样品的分析速度和通量。

智能化与自动化：结合人工智能技术，实现样品前处理、分析和数据解读的自动化，降低操作难度。