แก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโทรเมตรี ( GC–MS ) เป็น วิธี การวิเคราะห์ที่รวมคุณสมบัติของแก๊สโครมาโทกราฟีและแมสสเปกโทรเมตรี เข้าด้วยกัน เพื่อระบุสารต่างๆ ภายในตัวอย่างทดสอบ^{[ 1 ]}การประยุกต์ใช้ GC–MS ได้แก่การตรวจจับยาเสพติด การตรวจสอบเหตุเพลิง ไหม้ การวิเคราะห์สิ่งแวดล้อม การตรวจสอบ วัตถุระเบิดการวิเคราะห์อาหารและรสชาติ และการระบุตัวอย่างที่ไม่รู้จัก รวมถึงตัวอย่างวัสดุที่ได้จากดาวอังคารระหว่างภารกิจสำรวจตั้งแต่ช่วงปี 1970 GC–MS ยังสามารถใช้ในการรักษาความปลอดภัยในสนามบินเพื่อตรวจจับสารในกระเป๋าเดินทางหรือบนตัวบุคคลได้อีกด้วย นอกจากนี้ยังสามารถระบุธาตุติดตามในวัสดุที่ก่อนหน้านี้คิดว่าสลายตัวไปจนไม่สามารถระบุได้ เช่นเดียวกับลิควิดโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโทรเมตรี GC–MSช่วยให้สามารถวิเคราะห์และตรวจจับสารได้แม้ในปริมาณน้อยมาก^{[ 2 ]}

GC–MS ถือเป็น " มาตรฐานทองคำ " สำหรับ การระบุสาร ทางนิติวิทยาศาสตร์เนื่องจากใช้ในการ ทดสอบ ที่มีความจำเพาะ 100% ซึ่งระบุการมีอยู่ของสารเฉพาะอย่างได้อย่างแม่นยำ การทดสอบที่ไม่จำเพาะเจาะจงจะระบุเพียงว่ามีสารใดสารหนึ่งในกลุ่มสารประเภทเดียวกันอยู่ แม้ว่าการทดสอบที่ไม่จำเพาะเจาะจงจะสามารถบ่งชี้เอกลักษณ์ของสารได้ทางสถิติ แต่ก็อาจนำไปสู่ การระบุ ผลบวกเท็จได้อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิสูง (300°C) ที่ใช้ในพอร์ตการฉีด (และเตาอบ) ของ GC–MS อาจทำให้โมเลกุลที่ฉีดเข้าไปเสื่อมสภาพทางความร้อน^{[ 3 ]}ส่งผลให้มีการวัดผลิตภัณฑ์ที่เสื่อมสภาพแทนที่จะเป็นโมเลกุลที่สนใจจริง

การเชื่อมต่อโครมาโทกราฟีแก๊สกับสเปกโทรเมตรมวลแบบออนไลน์ครั้งแรกได้รับการรายงานในช่วงปลายทศวรรษ 1950 ^{[ 4 ] [ 5 ]}ความสนใจในการเชื่อมต่อวิธีการเหล่านี้ได้รับการเสนอแนะมาตั้งแต่เดือนธันวาคม 1954 ^{[ 6 ]}แต่เทคนิคการบันทึกแบบดั้งเดิมมีความละเอียดเชิงเวลาต่ำเกินไป โชคดีที่สเปกโทรเมตรีมวลแบบไทม์ออฟไฟลต์ที่พัฒนาขึ้นในช่วงเวลาเดียวกันทำให้สามารถวัดสเปกตรัมได้หลายพันครั้งต่อวินาที^{[ 7 ]}

การพัฒนาคอมพิวเตอร์ ราคาประหยัดและ ขนาดเล็ก ช่วยให้การใช้เครื่องมือนี้ง่ายขึ้น รวมถึงช่วยให้การวิเคราะห์ตัวอย่างใช้เวลาน้อยลงอย่างมาก ในปี 1964 Electronic Associates, Inc. (EAI) ซึ่งเป็นผู้จัดจำหน่ายคอมพิวเตอร์อนาล็อกชั้นนำของสหรัฐอเมริกา ได้เริ่มพัฒนา เครื่องสเปกโตรมิเตอร์มวลควอดรูโพลที่ควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ภายใต้การกำกับดูแลของRobert E. Finnigan [ ^{8 ] ภายใน} ปี 1966 แผนก EAI ของ Finnigan และ Mike Uthe ผู้ร่วมงาน ได้ขายเครื่องวิเคราะห์ก๊าซตกค้างควอดรูโพลไปแล้วกว่า 500 เครื่อง^{[ 8 ]}ในปี 1967 Finnigan ออกจาก EAI เพื่อก่อตั้ง Finnigan Instrument Corporation ร่วมกับ Roger Sant, TZ Chou, Michael Story, Lloyd Friedman และ William Fies ^{[ 9 ]}ในช่วงต้นปี 1968 พวกเขาได้ส่งมอบเครื่อง GC/MS ควอดรูโพลต้นแบบเครื่องแรกให้กับมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดและมหาวิทยาลัยเพอร์ดู^{[ 8 ]}เมื่อบริษัท Finnigan Instrument Corporation ถูกซื้อกิจการโดย Thermo Instrument Systems (ต่อมาคือThermo Fisher Scientific ) ในปี 1990 บริษัทนี้ถือเป็น "ผู้ผลิตเครื่องแมสสเปกโทรเมตรีชั้นนำของโลก" ^{[ 10 ]}

เครื่อง GC–MS ประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสองส่วน คือเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟและเครื่องแมสสเปกโทรเมตรีเครื่องแก๊สโครมาโทกราฟใช้คอลัมน์แบบแคปิลลารี ซึ่งคุณสมบัติในการแยกโมเลกุลขึ้นอยู่กับขนาดของคอลัมน์ (ความยาว เส้นผ่านศูนย์กลาง ความหนาของฟิล์ม) รวมถึงคุณสมบัติของเฟส (เช่น ฟีนิลโพลีไซลอกเซน 5%) ความแตกต่างในคุณสมบัติทางเคมีระหว่างโมเลกุล ต่างๆ ในสารผสมและความสัมพันธ์สัมพัทธ์ของโมเลกุลเหล่านั้นกับเฟสคงที่ของคอลัมน์จะส่งเสริมการแยกโมเลกุลเมื่อตัวอย่างเคลื่อนที่ไปตามความยาวของคอลัมน์ โมเลกุลจะถูกกักเก็บไว้ในคอลัมน์แล้วจึงถูกชะล้าง (หลุดออกมา) จากคอลัมน์ในเวลาที่ต่างกัน (เรียกว่าเวลาการกักเก็บ) และนี่ทำให้เครื่องแมสสเปกโทรเมตรีที่อยู่ถัดไปสามารถจับ ไอออนไนซ์ เร่งความเร็ว เบี่ยงเบน และตรวจจับโมเลกุลที่ไอออนไนซ์แล้วแยกกันได้ เครื่องแมสสเปกโทรเมตรีทำเช่นนี้โดยการแตกโมเลกุลแต่ละตัวออกเป็น ชิ้นส่วน ไอออนไนซ์และตรวจจับชิ้นส่วนเหล่านี้โดยใช้อัตราส่วนมวลต่อประจุ

ส่วนประกอบทั้งสองนี้ เมื่อใช้ร่วมกัน จะช่วยให้สามารถระบุสารได้อย่างละเอียดกว่าการใช้แต่ละส่วนแยกกัน การระบุโมเลกุลใดโมเลกุลหนึ่งได้อย่างแม่นยำโดยใช้เพียงแก๊สโครมาโทกราฟีหรือแมสสเปกโทรเมตรีเพียงอย่างเดียวนั้นเป็นไปไม่ได้ กระบวนการแมสสเปกโทรเมตรีโดยปกติแล้วต้องการตัวอย่างที่บริสุทธิ์มาก ในขณะที่แก๊สโครมาโทกราฟีโดยใช้เครื่องตรวจจับแบบดั้งเดิม (เช่นเครื่องตรวจจับไอออนไนเซชันแบบเปลวไฟ ) ไม่สามารถแยกแยะความแตกต่างระหว่างโมเลกุลหลายชนิดที่บังเอิญใช้เวลาในการเดินทางผ่านคอลัมน์เท่ากัน ( เช่นมีเวลาการคงตัวเท่ากัน) ซึ่งส่งผลให้มีโมเลกุลสองชนิดหรือมากกว่านั้นที่ถูกชะออกมาพร้อมกัน บางครั้งโมเลกุลที่แตกต่างกันสองชนิดก็อาจมีรูปแบบของชิ้นส่วนไอออนไนซ์ที่คล้ายกันในแมสสเปกโทรเมตรี (สเปกตรัมมวล) การรวมกระบวนการทั้งสองเข้าด้วยกันจะช่วยลดโอกาสเกิดข้อผิดพลาด เนื่องจากเป็นไปได้ยากมากที่โมเลกุลที่แตกต่างกันสองชนิดจะแสดงพฤติกรรมในลักษณะเดียวกันทั้งในแก๊สโครมาโทกราฟและแมสสเปกโทรเมตรี ดังนั้น เมื่อสเปกตรัมมวลที่ระบุปรากฏขึ้นที่เวลาการคงตัวที่เฉพาะเจาะจงในการวิเคราะห์ GC–MS โดยทั่วไปแล้วจะเพิ่มความมั่นใจว่าสารที่สนใจอยู่ในตัวอย่างนั้น

สำหรับการวิเคราะห์สารประกอบระเหยง่ายอาจใช้ระบบเครื่องเพิ่มความเข้มข้น แบบ Purge and Trap (P&T) ในการนำตัวอย่างเข้าสู่ระบบ สารวิเคราะห์เป้าหมายจะถูกสกัดโดยการผสมตัวอย่างกับน้ำและไล่ก๊าซด้วยก๊าซเฉื่อย (เช่น ก๊าซไนโตรเจน ) เข้าไปในห้องปิดสนิท ซึ่งเรียกว่าการไล่ก๊าซ (purging หรือsparging ) สารประกอบระเหยง่ายจะเคลื่อนที่เข้าไปในพื้นที่เหนือระดับน้ำและถูกดึงออกไปตามความแตกต่างของความดัน (ที่เกิดจากการนำก๊าซไล่ก๊าซเข้ามา) จากห้อง สารประกอบระเหยง่ายจะถูกดึงไปตามท่อที่ให้ความร้อนไปยัง "กับดัก" กับดักเป็นคอลัมน์ของ วัสดุ ดูดซับที่อุณหภูมิห้องซึ่งจะกักเก็บสารประกอบโดยการทำให้สารประกอบกลับสู่สถานะของเหลว จากนั้นกับดักจะถูกให้ความร้อนและสารประกอบตัวอย่างจะถูกนำเข้าสู่คอลัมน์ GC–MS ผ่านทางอินเทอร์เฟซสำหรับสารระเหย ซึ่งเป็นระบบทางเข้าแบบแยกส่วน ระบบ P&T GC–MS เหมาะอย่างยิ่งสำหรับสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) และ สารประกอบ BTEX (สารประกอบอะโรมาติกที่เกี่ยวข้องกับปิโตรเลียม) ^{[ 11 ]}

ทางเลือกที่รวดเร็วกว่าคือระบบ "การไล่ก๊าซแบบวงปิด" ในระบบนี้ ก๊าซเฉื่อยจะถูกเป่าผ่านน้ำจนกระทั่งความเข้มข้นของสารประกอบอินทรีย์ในเฟสไออยู่ในสมดุลกับความเข้มข้นในเฟสของเหลว จากนั้นเฟสก๊าซจะถูกวิเคราะห์โดยตรง^{[ 12 ]}

เครื่องสเปกโทรเมตรมวล (MS) ชนิดที่พบได้บ่อยที่สุดที่ใช้ร่วมกับเครื่องโครมาโทกราฟแก๊ส (GC) คือ เครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบควอดรูโพล ซึ่งบางครั้งเรียกว่า "เครื่องตรวจจับมวลแบบเลือกได้" (MSD) ตามชื่อทางการค้าของHewlett-Packard (ปัจจุบันคือAgilent ) เครื่องตรวจจับอีกชนิดที่พบได้ค่อนข้างบ่อยคือ เครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบไอออนแทรป นอกจากนี้ อาจพบเครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบภาคสนามแม่เหล็กได้ แต่เครื่องมือเหล่านี้มีราคาแพงและมีขนาดใหญ่ และโดยทั่วไปจะไม่พบในห้องปฏิบัติการที่มีปริมาณงานสูง อาจพบเครื่องตรวจจับชนิดอื่น ๆ เช่น เครื่องตรวจจับเวลาบิน (TOF) เครื่องตรวจจับควอดรูโพลแบบคู่ (MS-MS) (ดูด้านล่าง) หรือในกรณีของเครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบไอออนแทรปⁿโดยที่ n ระบุจำนวนขั้นตอนของสเปกโทรเมตรมวล

เมื่อมีการเพิ่มขั้นตอนการแตกตัวของมวลสารขั้นที่สอง เช่น การใช้ควอดรูโพลตัวที่สองในเครื่องมือควอดรูโพล จะเรียกว่า แมสสเปกโทรเมตรีแบบคู่ (MS/MS) บางครั้ง MS/MS สามารถใช้ในการหาปริมาณสารประกอบเป้าหมายในระดับต่ำ แม้จะมีพื้นหลังของเมทริกซ์ตัวอย่างสูงก็ตาม

ควอดรูโพลตัวแรก (Q1) เชื่อมต่อกับเซลล์การชน (Q2) และควอดรูโพลอีกตัว (Q3) ควอดรูโพลทั้งสองตัวสามารถใช้งานในโหมดสแกนหรือโหมดคงที่ได้ ขึ้นอยู่กับประเภทของการวิเคราะห์ MS/MS ที่กำลังดำเนินการ ประเภทของการวิเคราะห์ ได้แก่ การสแกนไอออนผลิตภัณฑ์ การสแกนไอออนตั้งต้นการตรวจสอบปฏิกิริยาที่เลือก (SRM) (บางครั้งเรียกว่าการตรวจสอบปฏิกิริยาหลายรายการ (MRM)) และการสแกนการสูญเสียที่เป็นกลาง ตัวอย่างเช่น เมื่อ Q1 อยู่ในโหมดคงที่ (ดูเฉพาะมวลเดียวเหมือนใน SIM) และ Q3 อยู่ในโหมดสแกน จะได้สเปกตรัมไอออนผลิตภัณฑ์ (หรือเรียกว่า "สเปกตรัมลูก") จากสเปกตรัมนี้ สามารถเลือกไอออนผลิตภัณฑ์ที่เด่นชัดซึ่งสามารถเป็นไอออนผลิตภัณฑ์สำหรับไอออนตั้งต้นที่เลือกได้ คู่ของไอออนนี้เรียกว่า "การเปลี่ยนผ่าน" และเป็นพื้นฐานสำหรับ SRM SRM มีความจำเพาะสูงและกำจัดพื้นหลังของเมทริกซ์ได้เกือบหมด

หลังจากโมเลกุลเคลื่อนที่ไปตามความยาวของคอลัมน์ ผ่านท่อส่ง และเข้าสู่เครื่องแมสสเปกโทรเมตรีแล้ว โมเลกุลเหล่านั้นจะถูกทำให้เป็นไอออนด้วยวิธีการต่างๆ โดยปกติแล้วจะใช้เพียงวิธีเดียวในแต่ละครั้ง เมื่อตัวอย่างแตกตัวเป็นชิ้นเล็กๆ แล้ว ก็จะถูกตรวจจับ โดยปกติจะใช้ตัวคูณอิเล็กตรอนซึ่งโดยพื้นฐานแล้วจะเปลี่ยนชิ้นส่วนมวลที่แตกตัวเป็นไอออนให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าที่สามารถตรวจจับได้

เทคนิคการแตกตัวเป็นไอออนที่เลือกใช้นั้นไม่ขึ้นอยู่กับการใช้การสแกนแบบเต็มหรือ SIM

โดยทั่วไปแล้ว วิธีการไอออนไนเซชันที่พบได้บ่อยที่สุดและอาจเป็นมาตรฐานคือ การไอออนไนเซชันด้วย อิเล็กตรอน (Electron Ionization : EI) โมเลกุลจะเข้าสู่เครื่องแมสสเปกโทรเมตรี (แหล่งกำเนิดคือควอดรูโพลหรือกับดักไอออนเองในเครื่องแมสสเปกโทรเมตรีแบบกับดักไอออน) ซึ่งจะถูกกระแทกด้วยอิเล็กตรอนอิสระที่ปล่อยออกมาจากไส้หลอด คล้ายกับไส้หลอดที่พบในหลอดไฟทั่วไป อิเล็กตรอนจะกระแทกโมเลกุล ทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นชิ้นเล็กๆ ในลักษณะเฉพาะและสามารถทำซ้ำได้ เทคนิค "การไอออนไนเซชันแบบแข็ง" นี้ส่งผลให้เกิดชิ้นส่วนที่มีอัตราส่วนมวลต่อประจุ (m/z) ต่ำจำนวนมาก และมีโมเลกุลที่มีมวลใกล้เคียงกับหน่วยมวลโมเลกุลน้อยมากหรือไม่มีเลย นักแมสสเปกโทรเมตรีถือว่าการไอออนไนเซชันแบบแข็งเป็นการใช้การกระแทกของอิเล็กตรอนกับโมเลกุล ในขณะที่ "การไอออนไนเซชันแบบอ่อน" คือการประจุโดยการชนกันของโมเลกุลกับก๊าซที่ป้อนเข้าไป รูปแบบการแตกตัวของโมเลกุลขึ้นอยู่กับพลังงานอิเล็กตรอนที่ใช้กับระบบ โดยทั่วไปคือ 70 eV (อิเล็กตรอนโวลต์) การใช้ 70 eV ช่วยให้สามารถเปรียบเทียบสเปกตรัมที่สร้างขึ้นกับสเปกตรัมในไลบรารีโดยใช้ซอฟต์แวร์ที่ผู้ผลิตจัดหาให้หรือซอฟต์แวร์ที่พัฒนาโดยสถาบันมาตรฐานแห่งชาติ (NIST-USA) การค้นหาในไลบรารีสเปกตรัมใช้อัลกอริธึมการจับคู่ เช่น การจับคู่ตามความน่าจะเป็น^{[ 13 ]}และการจับคู่แบบดอทโปรดักต์^{[ 14 ]}ซึ่งใช้กับวิธีการวิเคราะห์ที่เขียนโดยหน่วยงานมาตรฐานวิธีการหลายแห่ง แหล่งที่มาของไลบรารี ได้แก่ NIST ^{[ 15 ]} Wiley ^{[ 16 ]} AAFS ^{[ 17 ]}และผู้ผลิตเครื่องมือ

กระบวนการ "การแตกตัวเป็นไอออนแบบแข็ง" ของการแตกตัวเป็นไอออนด้วยอิเล็กตรอนสามารถทำให้อ่อนลงได้โดยการทำให้โมเลกุลเย็นลงก่อนการแตกตัวเป็นไอออน ส่งผลให้สเปกตรัมมวลมีข้อมูลมากขึ้น^{[ 18 ] [ 19 ]}ในวิธีการนี้ที่เรียกว่าการแตกตัวเป็นไอออนด้วยอิเล็กตรอนแบบเย็น (cold-EI) โมเลกุลจะออกจากคอลัมน์ GC ผสมกับก๊าซฮีเลียมที่เติมเข้าไป และขยายตัวเข้าไปในสุญญากาศผ่านหัวฉีดความเร็วเหนือเสียงที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ทำให้เกิดลำแสงโมเลกุลความเร็วเหนือเสียง (SMB) การชนกับก๊าซที่เติมเข้าไปในเจ็ทความเร็วเหนือเสียงที่กำลังขยายตัวจะลดพลังงานการสั่นสะเทือนภายใน (และการหมุน) ของโมเลกุลของสารวิเคราะห์ จึงช่วยลดระดับการแตกตัวที่เกิดจากอิเล็กตรอนในระหว่างกระบวนการแตกตัวเป็นไอออน^{[ 18 ] [ 19 ]}สเปกตรัมมวล cold-EI มีลักษณะเฉพาะคือมีไอออนโมเลกุลจำนวนมาก ในขณะที่รูปแบบการแตกตัวตามปกติยังคงอยู่ ทำให้สเปกตรัมมวล cold-EI เข้ากันได้กับเทคนิคการระบุการค้นหาในไลบรารี ไอออนโมเลกุลที่ได้รับการปรับปรุงจะเพิ่มความน่าจะเป็นในการระบุสารประกอบทั้งที่รู้จักและไม่รู้จัก ขยายผลสเปกตรัมมวลของไอโซเมอร์ และช่วยให้สามารถใช้การวิเคราะห์ความอุดมสมบูรณ์ของไอโซโทปเพื่ออธิบายสูตรธาตุได้^{[ 20 ]}

ในการแตกตัวเป็นไอออนด้วยสารเคมี (CI) จะมีการเติมก๊าซรีเอเจนต์ ซึ่งโดยทั่วไปคือมีเทนหรือแอมโมเนียเข้าไปในเครื่องแมสสเปกโทรเมตรี ขึ้นอยู่กับเทคนิคที่เลือก (CI แบบบวกหรือ CI แบบลบ) ก๊าซรีเอเจนต์นี้จะทำปฏิกิริยากับอิเล็กตรอนและสารวิเคราะห์ ทำให้เกิดการแตกตัวเป็นไอออนแบบ 'อ่อน' ของโมเลกุลที่สนใจ การแตกตัวเป็นไอออนแบบอ่อนจะทำให้โมเลกุลแตกตัวเป็นชิ้นส่วนในระดับที่ต่ำกว่าการแตกตัวเป็นไอออนแบบแข็งของ EI ข้อดีหลักประการหนึ่งของการใช้การแตกตัวเป็นไอออนด้วยสารเคมีคือจะได้ชิ้นส่วนมวลที่สอดคล้องกับน้ำหนักโมเลกุลของสารวิเคราะห์ที่สนใจ^{[ 21 ]}

ในกระบวนการไอออนไนเซชันทางเคมีเชิงบวก (PCI) ก๊าซรีเอเจนต์จะทำปฏิกิริยากับโมเลกุลเป้าหมาย โดยส่วนใหญ่มักเป็นการแลกเปลี่ยนโปรตอน ทำให้เกิดสารประกอบนั้นในปริมาณที่ค่อนข้างสูง

ในกระบวนการไอออนไนเซชันทางเคมีเชิงลบ (NCI) ก๊าซรีเอเจนต์จะลดผลกระทบของอิเล็กตรอนอิสระต่อสารวิเคราะห์เป้าหมาย พลังงานที่ลดลงนี้โดยทั่วไปจะทำให้มีชิ้นส่วนไอออนเหลืออยู่เป็นจำนวนมาก

โดยทั่วไปแล้ว เครื่องแมสสเปกโทรเมตรีจะถูกใช้งานในสองวิธีหลักๆ คือ การสแกนแบบเต็ม หรือการตรวจสอบไอออนแบบเลือก (SIM) เครื่องมือ GC–MS ทั่วไปสามารถทำงานได้ทั้งสองฟังก์ชัน ไม่ว่าจะแยกกันหรือพร้อมกัน ขึ้นอยู่กับการตั้งค่าของเครื่องมือแต่ละชนิด

เป้าหมายหลักของการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือคือการหาปริมาณของสาร โดยทำได้โดยการเปรียบเทียบความเข้มข้นสัมพัทธ์ระหว่างมวลอะตอมในสเปกตรัมที่สร้างขึ้น การวิเคราะห์มีสองประเภท ได้แก่ การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบและการวิเคราะห์แบบดั้งเดิม การวิเคราะห์เชิงเปรียบเทียบโดยพื้นฐานแล้วจะเปรียบเทียบสเปกตรัมที่กำหนดกับไลบรารีสเปกตรัมเพื่อดูว่าลักษณะเฉพาะนั้นมีอยู่ในตัวอย่างบางตัวในไลบรารีหรือไม่ วิธีนี้ทำได้ดีที่สุดโดยคอมพิวเตอร์เนื่องจากมีการบิดเบือนทางภาพมากมายที่อาจเกิดขึ้นเนื่องจากความแปรผันของมาตราส่วน คอมพิวเตอร์ยังสามารถเชื่อมโยงข้อมูลได้มากขึ้นพร้อมกัน (เช่น เวลาการคงตัวที่ระบุโดย GC) เพื่อเชื่อมโยงข้อมูลบางอย่างได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น การเรียนรู้เชิงลึกแสดงให้เห็นว่านำไปสู่ผลลัพธ์ที่น่าสนใจในการระบุ VOC จากข้อมูล GC–MS ดิบ^{[ 22 ]}

อีกวิธีหนึ่งในการวิเคราะห์คือการวัดค่าสูงสุดของพีคต่างๆ โดยเปรียบเทียบกัน ในวิธีนี้ พีคที่สูงที่สุดจะได้รับค่า 100% และพีคอื่นๆ จะได้รับค่าตามสัดส่วน โดยค่าทั้งหมดที่สูงกว่า 3% จะถูกกำหนดค่า พีคหลักมักจะแสดงมวลรวมของสารประกอบที่ไม่ทราบชนิด ค่าของพีคหลักนี้สามารถนำมาใช้ในการจับคู่กับสูตรเคมีที่ มี ธาตุต่างๆที่เชื่อว่าอยู่ในสารประกอบนั้นได้ รูปแบบ ไอโซโทปในสเปกตรัม ซึ่งเป็นเอกลักษณ์สำหรับธาตุที่มีไอโซโทปตามธรรมชาติหลายชนิด ก็สามารถใช้ระบุธาตุต่างๆ ที่มีอยู่ได้เช่นกัน เมื่อจับคู่สูตรเคมีกับสเปกตรัมได้แล้ว โครงสร้างโมเลกุลและพันธะก็สามารถระบุได้ และต้องสอดคล้องกับลักษณะที่บันทึกโดย GC–MS โดยทั่วไป การระบุนี้จะทำโดยอัตโนมัติด้วยโปรแกรมที่มาพร้อมกับเครื่องมือ โดยให้รายการของธาตุที่อาจมีอยู่ในตัวอย่าง

การวิเคราะห์แบบ "สเปกตรัมเต็ม" จะพิจารณา "ยอด" ทั้งหมดภายในสเปกตรัม ในทางกลับกัน การตรวจสอบไอออนแบบเลือก (SIM) จะตรวจสอบเฉพาะไอออนที่เลือกไว้ซึ่งเกี่ยวข้องกับสารเฉพาะเท่านั้น โดยอยู่บนสมมติฐานว่า ณ เวลาการเก็บรักษาที่กำหนด ชุดของไอออนจะเป็นลักษณะเฉพาะของสารประกอบบางชนิด การวิเคราะห์แบบนี้รวดเร็วและมีประสิทธิภาพ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากนักวิเคราะห์มีข้อมูลเกี่ยวกับตัวอย่างมาก่อน หรือกำลังมองหาสารเฉพาะเพียงไม่กี่ชนิดเท่านั้น เมื่อปริมาณข้อมูลที่รวบรวมเกี่ยวกับไอออนในยอดโครมาโทกราฟีแก๊สที่กำหนดลดลง ความไวของการวิเคราะห์ก็จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น การวิเคราะห์ SIM จึงช่วยให้สามารถตรวจจับและวัดปริมาณสารประกอบได้น้อยลง แต่ระดับความแน่นอนเกี่ยวกับเอกลักษณ์ของสารประกอบนั้นจะลดลง

เมื่อเก็บข้อมูลในโหมดสแกนแบบเต็มช่วง จะมีการกำหนดช่วงเป้าหมายของมวลชิ้นส่วนและใส่เข้าไปในวิธีการของเครื่องมือ ตัวอย่างช่วงมวลชิ้นส่วนกว้างๆ ที่ต้องการตรวจสอบโดยทั่วไปคือm/z 50 ถึงm/z 400 การกำหนดช่วงที่จะใช้ส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับสิ่งที่คาดว่าจะอยู่ในตัวอย่าง โดยคำนึงถึงตัวทำละลายและสิ่งรบกวนอื่นๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ ไม่ควรตั้งค่า MS ให้ค้นหามวลชิ้นส่วนที่ต่ำเกินไป มิฉะนั้นอาจตรวจพบอากาศ (พบเป็นm/z 28 เนื่องจากไนโตรเจน) คาร์บอนไดออกไซด์ ( m/z 44) หรือสิ่งรบกวนอื่นๆ ที่อาจเกิดขึ้นได้ นอกจากนี้ หากใช้ช่วงการสแกนที่กว้าง ความไวของเครื่องมือจะลดลงเนื่องจากทำการสแกนต่อวินาทีได้น้อยลง เพราะแต่ละการสแกนจะต้องตรวจจับมวลชิ้นส่วนที่หลากหลาย

การสแกนแบบเต็มรูปแบบมีประโยชน์ในการระบุสารประกอบที่ไม่ทราบชนิดในตัวอย่าง ให้ข้อมูลมากกว่าการสแกนแบบ SIM เมื่อต้องการยืนยันหรือแยกแยะสารประกอบในตัวอย่าง ในระหว่างการพัฒนาวิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ อาจเป็นเรื่องปกติที่จะวิเคราะห์สารละลายทดสอบในโหมดสแกนแบบเต็มรูปแบบก่อน เพื่อกำหนดเวลาการคงตัวและลายนิ้วมือของชิ้นส่วนมวล ก่อนที่จะเปลี่ยนไปใช้วิธีการวิเคราะห์ด้วยเครื่องมือ SIM

ในการวิเคราะห์แบบ Selective Ion Monitoring (SIM) จะมีการป้อนไอออนชิ้นส่วนบางชนิดเข้าไปในวิธีการวิเคราะห์ของเครื่องมือ และเฉพาะไอออนชิ้นส่วนที่มีมวลตรงกับค่าที่ต้องการเท่านั้นที่จะถูกตรวจจับโดยเครื่องแมสสเปกโทรเมตรี ข้อดีของ SIM คือ ขีดจำกัดการตรวจจับต่ำกว่า เนื่องจากเครื่องมือจะตรวจสอบเฉพาะไอออนชิ้นส่วนจำนวนน้อย (เช่น สามชิ้นส่วน) ในแต่ละการสแกน ทำให้สามารถทำการสแกนได้มากขึ้นในแต่ละวินาที และเนื่องจากมีการตรวจสอบเฉพาะไอออนชิ้นส่วนที่มีมวลที่สนใจเพียงไม่กี่ชิ้นการรบกวนจากเมทริกซ์จึงมักต่ำกว่า นอกจากนี้ เพื่อยืนยันความเป็นไปได้ของผลลัพธ์ที่เป็นบวก จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าอัตราส่วนของไอออนชิ้นส่วนที่มีมวลต่างๆ นั้นเทียบเคียงได้กับสารมาตรฐานอ้างอิงที่ทราบค่าแล้ว

GC–MS กำลังกลายเป็นเครื่องมือที่ได้รับความนิยมสำหรับการติดตามสารมลพิษอินทรีย์ในสิ่งแวดล้อม ต้นทุนของอุปกรณ์ GC–MS ลดลงอย่างมาก ในขณะเดียวกันความน่าเชื่อถือก็เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้มีการนำไปใช้ใน การ ศึกษา ด้านสิ่งแวดล้อม มากขึ้น

GC–MS สามารถวิเคราะห์อนุภาคจากร่างกายมนุษย์เพื่อช่วยเชื่อมโยงผู้กระทำผิดกับอาชญากรรมได้ การวิเคราะห์ เศษซาก จากไฟไหม้โดยใช้ GC–MS นั้นเป็นที่ยอมรับกันอย่างแพร่หลาย และยังมีมาตรฐานของสมาคมการทดสอบและวัสดุแห่งอเมริกา (ASTM) สำหรับการวิเคราะห์เศษซากจากไฟไหม้ด้วย GCMS/MS มีประโยชน์อย่างยิ่งในกรณีนี้ เนื่องจากตัวอย่างมักมีเมทริกซ์ที่ซับซ้อนมาก และผลลัพธ์ที่ใช้ในศาลจำเป็นต้องมีความแม่นยำสูง

GC–MS ถูกนำมาใช้มากขึ้นเรื่อยๆ ในการตรวจจับยาเสพติดผิดกฎหมาย และในที่สุดอาจจะเข้ามาแทนที่สุนัขดมกลิ่นยาเสพติด^[1]เมื่อเร็วๆ นี้ สถาบันโรเบิร์ต โคช ในประเทศเยอรมนี ได้พัฒนาวิธีการ GC–MS ที่เรียบง่ายและเลือกได้สำหรับการตรวจจับการใช้กัญชา โดยเกี่ยวข้องกับการระบุเมตาโบไลต์กรดของเตตระไฮโดรแคนนาบินอล (THC) ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในกัญชา ในตัวอย่างปัสสาวะโดยใช้การดัดแปลงในขั้นตอนการเตรียมตัวอย่าง^{[ 23 ]} GC–MS ยังใช้กันทั่วไปในพิษวิทยาทางนิติวิทยาศาสตร์เพื่อค้นหายาและ/หรือสารพิษในตัวอย่างทางชีวภาพของผู้ต้องสงสัย เหยื่อ หรือผู้เสียชีวิต ในการคัดกรองยาเสพติด วิธีการ GC–MS มักใช้การสกัดของเหลว-ของเหลวเป็นส่วนหนึ่งของการเตรียมตัวอย่าง ซึ่งสารประกอบเป้าหมายจะถูกสกัดจากพลาสมาในเลือด^{[ 24 ]}

GC–MS เป็นเครื่องมือหลักที่ใช้ในห้องปฏิบัติการต่อต้านการใช้สารต้องห้ามทางการกีฬาเพื่อทดสอบตัวอย่างปัสสาวะของนักกีฬาเพื่อหาสารกระตุ้นสมรรถภาพที่ต้องห้าม เช่นสเตียรอยด์อะนาโบลิก^{[ 25 ]}

หลังเหตุการณ์ 11 กันยายน ระบบ ตรวจจับวัตถุระเบิดได้กลายเป็นส่วนหนึ่งของสนามบิน ทุกแห่ง ในสหรัฐอเมริกา ระบบเหล่านี้ทำงานด้วยเทคโนโลยีหลากหลายประเภท โดยส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี GC–MS มีผู้ผลิตเพียงสามรายเท่านั้นที่ได้รับการรับรองจากFAAให้จัดหาระบบเหล่านี้ หนึ่งในนั้นคือ Thermo Detection (เดิมชื่อ Thermedics) ซึ่งผลิตEGISซึ่งเป็นเครื่องตรวจจับวัตถุระเบิดแบบ GC–MS อีกสองรายคือ Barringer Technologies ซึ่งปัจจุบันเป็นของ Smith's Detection Systems และ Ion Track Instruments ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของ General Electric Infrastructure Security Systems

ในฐานะส่วนหนึ่งของความพยายามหลังเหตุการณ์ 11 กันยายน เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการเตรียมความพร้อมด้านความมั่นคงภายในประเทศและสาธารณสุข หน่วย GC–MS แบบดั้งเดิมที่มีเครื่องสเปกโทรเมตรมวลควอดรูโพลแบบส่งผ่าน รวมถึงเครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบดักจับไอออนทรงกระบอก (CIT-MS) และแบบดักจับไอออนวงแหวน (T-ITMS) ได้รับการดัดแปลงเพื่อความสะดวกในการพกพาภาคสนามและการตรวจจับสารเคมีสงคราม (CWA) เช่น ซาริน โซมาน และ VX ได้แบบเรียลไทม์^{[ 26 ]} ระบบ GC–MS ที่ซับซ้อนและมีขนาดใหญ่เหล่านี้ได้รับการดัดแปลงและกำหนดค่าด้วยเครื่องโครมาโทกราฟแก๊สมวลความร้อนต่ำ (LTM) ที่ให้ความร้อนด้วยความต้านทาน ซึ่งช่วยลดเวลาในการวิเคราะห์ลงเหลือน้อยกว่าร้อยละสิบของเวลาที่จำเป็นในระบบห้องปฏิบัติการแบบดั้งเดิม^{[ 27 ]} นอกจากนี้ ระบบยังมีขนาดเล็กกว่าและเคลื่อนย้ายได้สะดวกกว่า รวมถึงหน่วยที่ติดตั้งในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์เคลื่อนที่ (MAL) เช่น หน่วยที่ใช้โดยกองกำลังตอบสนองเหตุการณ์ทางเคมีและชีวภาพของนาวิกโยธินสหรัฐฯ และห้องปฏิบัติการอื่นๆ ที่คล้ายกัน และระบบที่พกพาโดยทีมสองคนหรือบุคคล ซึ่งสะดวกกว่าเครื่องตรวจจับมวลขนาดเล็กมาก^{[ 28 ]} ขึ้นอยู่กับระบบ สารวิเคราะห์สามารถนำเข้าได้โดยการฉีดของเหลว ดูดซับออกจากหลอดดูดซับผ่าน กระบวนการ ดูดซับความร้อนหรือด้วยการสกัดไมโครเฟสของแข็ง (SPME)

GC–MS ใช้สำหรับการวิเคราะห์ส่วนผสมของสารประกอบอินทรีย์ที่ไม่ทราบชนิด การใช้งานที่สำคัญอย่างหนึ่งของเทคโนโลยีนี้คือการใช้ GC–MS เพื่อกำหนดองค์ประกอบของไบโอออยล์ที่แปรรูปจากชีวมวลดิบ^{[ 29 ]} GC–MS ยังถูกนำมาใช้ในการระบุส่วนประกอบของเฟสต่อเนื่องในวัสดุอัจฉริยะ เช่นของเหลวแมกนีโตรเฮโอโลจิคัล (MR) ^{[ 30 ]}

อาหารและเครื่องดื่มมีสารประกอบอะโรมาติก อยู่มากมาย บางชนิดมีอยู่ตามธรรมชาติในวัตถุดิบ และบางชนิดเกิดขึ้นระหว่างกระบวนการผลิต GC–MS ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์สารประกอบเหล่านี้ ซึ่งรวมถึงเอสเทอร์กรดไขมันแอลกอฮอล์อัล ดี ไฮด์เทอร์พีนเป็นต้น นอกจากนี้ยังใช้ในการตรวจจับและวัดปริมาณสารปนเปื้อนจากการเน่าเสียหรือการปลอมปนซึ่งอาจเป็นอันตรายและมักถูกควบคุมโดยหน่วยงานของรัฐ เช่นสารกำจัดศัตรูพืช

ระบบ GC–MS หลายระบบได้ออกจากโลกไปแล้ว สองระบบถูกนำไปยังดาวอังคารโดยโครงการไวกิ้ง [ ^{31 ] ยาน}เวเนรา 11 และ 12 และยานไพโอเนียร์วีนัสได้วิเคราะห์ชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ด้วย GC–MS ^{[ 32 ]}ยานสำรวจฮุยเกนส์ของ ภารกิจ แคสสินี-ฮุยเกนส์ได้นำ GC–MS หนึ่งเครื่องลงจอดบนไททันดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์^{[ 33 ]} เครื่องมือ วิเคราะห์ตัวอย่างที่ดาวอังคาร (SAM)ของยานสำรวจMSL Curiosityประกอบด้วยทั้งแก๊สโครมาโทกราฟและควอดรูโพลแมสสเปกโทรเมตรีที่สามารถใช้ร่วมกันเป็น GC–MS ได้^{[ 34 ]}วัสดุในดาวหาง67P/Churyumov–Gerasimenkoได้รับการวิเคราะห์โดย ภารกิจ โรเซตตาด้วย GC–MS แบบไครัลในปี 2014 ^{[ 35 ]}

ปัจจุบันโรคความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมแต่กำเนิดหลายสิบชนิด หรือที่รู้จักกันในชื่อ โรค ความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมแต่กำเนิด ( Inborn Errors of Metabolism : IEM) สามารถตรวจพบได้ด้วยการตรวจ คัดกรองทารกแรกเกิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการตรวจโดยใช้แก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโทรเมตรี (GC-MS) GC-MS สามารถตรวจหาสารประกอบในปัสสาวะได้แม้ในความเข้มข้นต่ำ สารประกอบเหล่านี้โดยปกติจะไม่พบในปัสสาวะ แต่จะปรากฏในผู้ที่เป็นโรคความผิดปกติทางเมตาบอลิซึม วิธีนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในการวินิจฉัย IEM เพื่อการวินิจฉัยและการรักษาที่รวดเร็วขึ้น ซึ่งนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีขึ้น ปัจจุบันสามารถตรวจหาโรคทางพันธุกรรมเกี่ยวกับเมตาบอลิซึมได้มากกว่า 100 ชนิดในทารกแรกเกิดด้วยการตรวจปัสสาวะตั้งแต่แรกเกิดโดยใช้ GC-MS

เมื่อใช้ร่วมกับการติดฉลากไอโซโทปของสารประกอบเมตาบอลิก GC–MS จะถูกใช้เพื่อกำหนดกิจกรรมเมตาบอลิกการใช้งานส่วนใหญ่จะใช้^13Cเป็นฉลากและวัด อัตราส่วน ^13C - ^12Cด้วยเครื่องสเปกโทรเมตรมวลไอโซโทป (IRMS) ซึ่งเป็นเครื่อง MS ที่ มีตัวตรวจจับที่ออกแบบมาเพื่อวัดไอออนที่เลือกไว้เพียงไม่กี่ไอออนและส่งค่ากลับมาเป็นอัตราส่วน

• อิเล็กโทรโฟเรซิสแบบแคปิลลารี–แมสสเปกโทรเมตรี
• สเปกโทรเมตรีการเคลื่อนที่ของไอออน–สเปกโทรเมตรีมวล
• โครมาโทกราฟีของเหลว–แมสสเปกโทรเมตรี
• เครื่องสเปกโทรเมตรมวลแบบโทรคอยดัลทรงรี
• การไพโรไลซิส–แก๊สโครมาโทกราฟี–แมสสเปกโทรเมตรี

• การวิเคราะห์ด้วยแก๊สโครมาโทกราฟี-แมสสเปกโทรเมตรี ใน หัวข้อทางการ แพทย์ (MeSH) ของหอสมุดแห่งชาติสหรัฐอเมริกา
• ฐานข้อมูลเมตาโบไลต์ของ Golmเป็นฐานข้อมูลอ้างอิงสเปกตรัมมวลของสารเมตาโบไลต์ในพืช