在E&L（可提取物与浸出物）研究和化学表征领域，气相色谱-质谱联用(GC-MS)和液相色谱-质谱联用(LC-MS)是应用最为广泛的定性和定量分析技术。根本原因在于它们卓越的灵敏度、选择性和信息量，能够满足复杂样品中痕量物质的分析需求。
1. 痕量分析的必然选择
E&L研究的核心在于对痕量物质的精确识别与量化，通常目标分析物的浓度范围在ppm（百万分之一）乃至ppb（十亿分之一）级别。以1 ppm为例，这意味着需要在1克样品中检测到1微克（µg）的目标物质；而对于1 ppb，则对应1克样品中1纳克（ng）的物质。如此微小的含量，对分析技术的灵敏度提出了极高的要求。
在典型的GC-MS分析中，通常仅将约1微升（µL）的样品注入色谱柱，以避免进样口过载（LC-MS的进样体积也相近，一般为1-50 µL）。这意味着即使样品浓度高达10 µg/mL（即10 ng/µL），也只有10 ng的物质被注入色谱柱，经过色谱分离后进入质谱检测器。如此微量的样品，必须依赖于如质谱仪这类高灵敏度检测器，方能在痕量水平实现有效检出。
2. 良好的选择性
GC-MS和LC-MS均为联用技术，将色谱分离技术（GC或LC）与质谱检测技术相结合。色谱不仅是一种高效的样品分离手段，也为质谱仪提供了一种便捷的进样方式。通过色谱柱，样品基质中的目标分析物与其他共存物质得以有效分离，降低了基质干扰，提高了分析的准确性。
更进一步，当分离后的物质进入质谱仪后，还可以根据其质荷比（m/z）进行二次分离。依据质谱仪类型的不同，这种基于质荷比的分离能够实现对原始样品中特定物质极高的选择性识别，有效区分结构相似的化合物。
综上所述，灵敏度和选择性的完美结合，以及定量分析的可能性，使得GC-MS和LC-MS在E&L研究中脱颖而出，成为不可或缺的分析利器。
3. LC-MS与GC-MS：谁更胜一筹？
实际上，LC-MS和GC-MS各有千秋，在不同的应用场景中发挥着独特的作用。简单地断言孰优孰劣是不严谨的。明智的做法是根据具体的分析需求，综合考虑两者的特性，扬长避短，选择最适合的技术方案。
每种分析技术都不可避免地存在局限性。因此，在选择GC-MS或LC-MS时，应根据研究的预期目的，仔细评估哪种方法更适用。
首先需要明确的是：待测物质必须成功到达检测器才能被检测到。为了实现这一点，需要综合考虑诸多因素。
3.1 GC-MS的关键考量
以GC-MS为例，分析的第一步是确保样品在通过GC色谱柱时处于气相状态。只有这样，流动相（载气）才能有效地将样品从进样口输送到色谱柱，并实现流动相与固定相之间的色谱分配。（非挥发性液体，但有时是固体）。
为了使物质进入气相，它要么一开始就是气体，要么需要转化为气体（通过进样口加热，或在顶空进样或热脱附的情况下，在导入前进行气化）。
然而，只有部分有机物质具备足够高的挥发性，能够满足GC-MS的分析要求。此外，还需要考虑物质的热稳定性，即物质在通过高温进样口和色谱柱时不会发生分解或反应。
虽然可以通过衍生化（将物质转化为更易挥发的形式）或使用高温色谱柱等方法来改善分析效果，但并非所有物质都能从GC色谱柱中顺利洗脱出来。因此，在E&L研究中，对于非挥发性物质的检测，应考虑其他分析技术，如LC-MS。
GC-MS分析的第二步发生在物质到达色谱柱末端时，即电离过程。如果电离过程失败，物质将无法被检测器检测到，因为只有带电离子才能被聚焦并导入质量分析器。
虽然化学电离(CI)和电子轰击(EI)电离源均可使用，但EI源是最常见的选择。在EI源中，样品在70 eV的能量下发生电离，产生的离子随后被导入质量分析器进行检测。
3.2 LC-MS的关键考量
与GC-MS类似，LC-MS分析中也有许多因素会影响样品中的物质能否被成功检测到。与GC-MS不同，液相色谱不需要样品处于气态，但要求物质能够溶解在用于样品制备的溶剂以及流动相中。因此，选择合适的溶剂至关重要。
在进行痕量分析时，溶剂的纯度是一个关键问题。高纯度的溶剂能够有效降低背景干扰，提高分析的灵敏度。
物质在通过色谱柱时会发生分离，物质本身的性质及其与固定相的相对亲和力将决定物质从色谱柱中洗脱至质谱仪的顺序和时间。一旦物质到达质谱仪，它可能会受到多种机制的影响，尤其是在将液体导入质谱仪的过程中。
在LC-MS中，两种主要的电离源类型是大气压化学电离（APCI）和电喷雾电离（ESI）及其各种衍生技术。APCI和ESI的运行模式截然不同，但它们都旨在去除色谱分析中使用的溶剂，同时保留并传递目标分析物至质量分析器。
然而，与GC-MS不同，不能保证从LC分析中洗脱出来的物质一定会被电离并因此被检测到。因此，应将LC-MS视为一种选择性检测器，需要根据目标化合物的性质选择合适的电离模式。
4. 物质到达离子源后会发生什么
物质最终到达检测器并被记录下来，接下来我们讨论不同分析技术的呈现方式。
4.1 GC-MS的离子化
GC-MS通常采用EI电离，这是一种硬电离方式。高能量的电子轰击会导致物质在离子源中发生碎裂，产生一系列特征离子，这些离子构成了质谱图。
虽然特征离子能够提供结构信息，但EI电离的缺点是有时难以确定完整分子的分子量，因为分子离子可能丰度较低甚至缺失。此外，对于某些化合物类别，相似的碎裂模式可能导致无法区分和识别。GC-MS分析可以受益于大型EI谱图数据库，从而实现对未知物的快速比对和鉴定。
4.2 LC-MS的离子化
与GC-MS中常用的EI源相比，LC-MS通常采用软电离技术，如ESI或APCI。软电离意味着传递到质量分析器的离子更有可能代表该物质的分子量，这有助于化合物的鉴定。此外，还可以进行二级质谱MS/MS实验，以深入了解分子的结构信息。
分子离子（及其同位素簇）与MS/MS实验获得的碎片相结合，会生成一个数据丰富的环境，获取该数据否并在大型公共数据库（例如Pubchem和Chemspider）进行分子式搜索。但数据库中千万级别的化合物是一个令人望而生畏的工作，并且很大程度上取决于MS数据的质量，例如不同的质量精度使可能与数据库中对应的结构数量差一个数量级，此外实验室经验的积累也是一个很大的助力。
5. 定量分析的考量
以常用的单四极杆（SQ）为例，SQ可以在两种模式下运行，扫描模式（SCAN）或选择离子监测（SIM）模式。在扫描模式下，MS在短时间内快速改变施加到四极杆上的电压，从而使各种质荷比依次通过分析器，从而构建质谱图，这意味着灵敏度的损失。在SIM模式下，预先选择少检测的离子，收集更多的数据点，这提高了灵敏度，定量效果更好。
如果需要完全定量的方法，SIM是首选方法，如果采用半定量方法，那么应考虑扫描模式，因为试验目的是收集分子中的所有离子，这对于筛选方法很重要，在这种方法中，应计算分析评估阈值（AET）。
6. 困扰化学家的问题
采用GC-MS可以与商业MS谱库进行比较，可以进行快速比较，但是由于EI电离后，难以发现分子离子，可能导致误判。
以下是NIST Webbook提供的光谱：十六烷（C16）和1-十六醇的光谱
十六烷（C16）GCMS图谱
1-十六醇的GCMS图谱
十四烷的分子量为226.4，十六醇的分子量为242.2。在光谱中，C16分子离子非常小，十六醇的分子离子完全缺失。在缺乏进一步信息的情况下，简单盲目的匹配MS光谱可能导致错误。
对于LC- MS，不同制造商的离子源可能会产生不同的结果。LC-MS存在的另一个问题是，任何离子源都不会电离所有可能从LC分析中洗脱出来的物质，因此，对应不同来源的离子源，LCMS之间并不具有良好的一致性，对于未知化合物的分析带来更多的不确定性。此外，没有像GCMS的通用商业数据库可供比对，因此化合物的筛选是个巨大的工程。
如果碰巧有可用的参考标准来确认化合物的身份，会带来极大便利。但在E&L的工作中，情况可能并非总是如此。分析化学家的生活总是艰难的！
总结：GC-MS与LC-MS技术特性对比
| 特性 | GC-MS | LC-MS |
|---|---|---|
| 适用范围 | 挥发性、半挥发性有机物 | 非挥发性、极性、热不稳定、高分子量化合物 |
| 分离方式 | 气相色谱 | 液相色谱 |
| 常用离子源 | 电子轰击(EI)、化学电离(CI) | 电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI) |
| 常用质量分析器 | 四极杆(Quadrupole)、离子阱(Ion Trap)、飞行时间(Time-of-Flight, TOF) | 四极杆(Quadrupole)、三重四极杆(Triple Quadrupole, QQQ)、飞行时间(Time-of-Flight, TOF)、轨道阱(Orbitrap) |
| 优点 | 分离效率高、化合物鉴定能力强、谱库资源丰富 | 适用范围广、分子离子信息丰富、多级质谱分析 |
| 缺点 | 挥发性要求、衍生化需求、定量挑战 | 基质效应、电离效率差异、复杂性 |
参考：
