多維色譜簡(jiǎn)介

多維色譜簡(jiǎn)介利用多根色譜柱和多個(gè)檢測(cè)器聯(lián)用，采用切換的方法進(jìn)行隨心所欲的組合，從而達(dá)到設(shè)計(jì)目的的實(shí)驗(yàn)方法。2/3/20231分離分析-多維色譜問(wèn)題的提出很多色譜分析實(shí)驗(yàn)中會(huì)遇到靠一根柱子無(wú)法得到良好分離結(jié)果的情況，可采用多維色譜方法進(jìn)行處理。為了解決大量存在的復(fù)雜樣品和痕量組分的定量測(cè)定問(wèn)題,許多色譜工作者都進(jìn)行了多維色譜的研究,不僅提出了多維色譜理論,且發(fā)展了多種多維色譜手段，解決了大量的難題。2/3/20232分離分析-多維色譜問(wèn)題的提出多維色譜是在通用型色譜的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，與雙流路色譜及多級(jí)色譜不同。它不僅僅是使用二根或兩套以上的色譜柱及兩個(gè)以上檢測(cè)器，還要使用多通閥或用改變串聯(lián)雙柱前后壓力的方法來(lái)改變流動(dòng)相在柱內(nèi)的流向，從而提高分離能力。本節(jié)主要介紹多維氣相色譜的相關(guān)情況。2/3/20233分離分析-多維色譜為了實(shí)現(xiàn)智能化色譜操作控制自動(dòng)化、方法條件的最佳化及譜圖分析的計(jì)算機(jī)化要求，必須使色譜分析或色譜儀的硬件——柱系統(tǒng)成為可變的（即柱選擇性和操作方式可變）和高效的（分離度好、分析時(shí)間短）以適應(yīng)智能化發(fā)展的要求。2/3/20234分離分析-多維色譜由于一維氣相色譜的分離度隨柱長(zhǎng)的平方根增加，而載氣的最佳流速又因柱長(zhǎng)增加而被限制在很小的范圍內(nèi)（這要求色譜系統(tǒng)有足夠的穩(wěn)定性），同時(shí)分析時(shí)間也隨之迅速增加。因此單純?cè)黾又L(zhǎng)的辦法來(lái)提高分離度是有限的。這使一維氣相色譜的發(fā)展受到限制。2/3/20235分離分析-多維色譜多維切換（MDSS）流程是一種可變的、可以提供更多信息的流程。因?yàn)闃悠方M成雖然復(fù)雜，但采用MDSS可以在樣品進(jìn)入主柱之前實(shí)現(xiàn)選擇性進(jìn)樣，排除不感興趣組分的干擾，并通過(guò)兩根柱或多根柱選擇性上的差異使難分離組分得到很好的分離。實(shí)踐證明：MDSS的分離效能遠(yuǎn)大于單維系統(tǒng)。這是因?yàn)閱沃姆蛛x效能僅是柱長(zhǎng)的貢獻(xiàn)，而MDSS的分離效能是柱長(zhǎng)和固定相極性差異的共同貢獻(xiàn)。2/3/20236分離分析-多維色譜例板數(shù)為5×103的兩根不同極性的填充柱組合其分離效能可大于105塔片數(shù)的單根毛細(xì)管柱。要分辨ΔI=1的兩個(gè)化合物，毛細(xì)管柱的柱效必須大于6.5×105，這是很困難的。而103與2×104塔片數(shù)的普通填充柱和普通毛細(xì)管柱匹配就可以圓滿(mǎn)完成此分離。2/3/20237分離分析-多維色譜在OV－17柱中，苯一丁醇的ΔI=2，其分離需1.5×105塔片數(shù)的高效毛細(xì)管柱。在Carbowax20M柱中，戊酮與nC10的ΔI=3，其分離也需105塔片數(shù)的毛細(xì)管柱。而分別采用3600和2700塔片數(shù)的OV－17和Carbowax20M的普通填充柱，通過(guò)中心切割兩柱分離譜圖：2/3/20238分離分析-多維色譜一、兩維氣相色譜的定義Bertsch給兩維氣相色譜下了一個(gè)較為適當(dāng)?shù)亩x：①兩根選擇性不同的柱子各與一個(gè)能確定保留指數(shù)的裝置（如積分儀、計(jì)算機(jī)等）相連接；②兩根選擇性不同的柱子與一功能元件（如切換閥、冷阱、無(wú)閥切換裝置等）相連接，可以把一次色譜分析的某一部分（或幾部分）選擇性地由一根柱傳輸?shù)搅硪桓稀?/3/20239分離分析-多維色譜一、兩維氣相色譜的定義由此可見(jiàn)兩維氣相色譜的關(guān)鍵是兩根選擇性不同的柱子和一個(gè)可以利用柱子選擇性差異的裝置，所以?xún)删S氣相色譜的分離性能不僅僅取決于兩根柱子柱效之和；更主要是這樣差異性的貢獻(xiàn)。如何選擇和充

分利用這差異性就是色譜工作者的主要工作。2/3/202310分離分析-多維色譜二、兩維氣相色譜切換技術(shù)

1．有閥切換和無(wú)閥切換

在兩維切換系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)各功能元件（柱、冷阱、檢測(cè)器等）之間的切換，可以采用兩種技術(shù)：有閥切換或無(wú)閥切換。有閥切換就是用閥來(lái)連接各元件，依靠閥件的移動(dòng)改善氣路的通道，因?yàn)闃悠妨鹘?jīng)閥體，所以對(duì)閥的化學(xué)惰性，死體積、耐熱性、吸附性、密封性等都有嚴(yán)格要求，尤其在使用毛細(xì)管柱系統(tǒng)時(shí)。此閥雖然價(jià)格昂貴，但操作直觀，調(diào)試方便。2/3/202311分離分析-多維色譜1965年D.R.Deans對(duì)閥切換技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，建立了無(wú)閥切換系統(tǒng)，柱內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)變化是由柱兩端壓力不同實(shí)現(xiàn)的，而壓力的變化是通過(guò)電磁閥來(lái)控制，由于樣品不流經(jīng)閥件，所以不受閥的干擾，整個(gè)裝置在化學(xué)惰性、死體積、耐熱性、密封性和響應(yīng)速度等方面都優(yōu)于有閥切換，主要不足是操作不直觀、調(diào)試麻煩。2/3/202312分離分析-多維色譜2/3/202313分離分析-多維色譜2．切換操作的基本工作狀態(tài)（1）

反吹在直通狀態(tài)下，壓力P1＞P2，兩根柱載氣流向相同，樣品連續(xù)通過(guò)兩柱，在反吹狀態(tài)下，P1=0，P2不變，預(yù)柱流向相反，未流出預(yù)柱的組分反向流動(dòng)，最后放空，而主柱流向不變，進(jìn)入主柱的各組分進(jìn)一步分離。2/3/202314分離分析-多維色譜中心切割在直通狀態(tài)下，切換開(kāi)關(guān)T的上端壓力稍高于下端，此時(shí)和圖6－5直通狀態(tài)相同。在切割狀態(tài)下，T的下端壓力稍高于上端，開(kāi)關(guān)T中氣體流向與柱C1，C2相反，此時(shí)由C1來(lái)的組分由T帶著從旁路放空，已時(shí)入C2的組分繼續(xù)進(jìn)一步分離。2/3/202315分離分析-多維色譜溶劑切割如果使系統(tǒng)依次處于切割——直通——切割，就可以選擇性地將預(yù)柱流出的某一譜帶區(qū)間切入主柱，這樣就完成一次中心切割；如果使系統(tǒng)依次處于切割——直通，就可以把溶劑峰從旁路放空，僅讓溶劑峰后的組分進(jìn)入主柱，這就是溶劑切割。2/3/202316分離分析-多維色譜中間富集

中間富集如圖6－7所示，直通與切割狀態(tài)如圖6－6所示。富集狀態(tài)就是讓冷卻劑迅速通過(guò)冷阱，將C1沖出的譜帶濃縮在冷阱中；再進(jìn)樣就是在直通狀態(tài)下迅速加熱冷阱，使冷阱中樣品迅速汽化并立刻沖入C2柱。2/3/202317分離分析-多維色譜

三、切換技術(shù)的應(yīng)用

1．溶劑切割采用切割與直通操作相結(jié)合，就可以將預(yù)柱流出的大部分溶劑峰從兩柱間的旁路放空，僅一小部分溶劑及其它組分進(jìn)入主柱。這特別適用于稀溶液分析及檢測(cè)器受大量溶劑峰干擾的情況。2/3/202318分離分析-多維色譜2．分離主峰掩蓋下的微量雜質(zhì)采用切割與直接操作相結(jié)合，可以將大峰中的主要部分放空，只把峰尾感興趣的組分轉(zhuǎn)移到冷阱或主柱，將感興趣的組分從殘留溶劑峰中分離出來(lái)，由圖中可以看出雜質(zhì)苯從正已烷中完全分離出來(lái)。這方法常用于試劑純度分析，這方法的特點(diǎn)是所測(cè)微量組分與主組分保留時(shí)間很相近，主組分又在前面出峰。2/3/202319分離分析-多維色譜3．一次分析中有限部分的中心切割。在寬沸程的樣品中，往往感興趣的僅是前面一小部分，采用反吹操作可以在感興趣組

分進(jìn)入主柱后，把其余部分反吹。因?yàn)槭X油進(jìn)樣45秒后的譜圖，石腦油中CS2的分析采用毛細(xì)管柱需1個(gè)多小時(shí)，而采用一根10cm的短柱與1米普通柱結(jié)合只用1分多就完成一個(gè)樣品的分析。由于兩柱選擇性差異大，（預(yù)柱為GDX—102，主柱為五聚苯醚）通過(guò)切換使CS2在所有烴之后出峰，排除了烴類(lèi)對(duì)CS2檢測(cè)的干擾，CS2的最低檢測(cè)濃度為10ng/ml。2/3/202320分離分析-多維色譜2/3/202321分離分析-多維色譜從上可以看出反吹不僅可以縮短分析時(shí)間，防止主組分或有害組分進(jìn)入檢測(cè)器或柱子（尤其是毛細(xì)管柱）而且在充分利用雙柱選擇性的情況下，還可以減少組分間的干擾，提高分辨能力。此例還說(shuō)明，吸附柱和分配柱聯(lián)用組合有很大生命力，可由于不同分配原理相互補(bǔ)充而使系統(tǒng)獲得很高的分離效能。2/3/202322分離分析-多維色譜4．在一次分離中轉(zhuǎn)移某一譜帶利用中心切割可以把一次進(jìn)樣分一個(gè)或幾個(gè)譜帶依次進(jìn)入主柱，見(jiàn)圖6－11，從圖6-11可以看出中心切割可以大大提高系統(tǒng)的分辨能力，常用于解決一些難分離物質(zhì)對(duì)和復(fù)雜樣品的分析。A：6ft的PEG—20M柱2/3/202323分離分析-多維色譜4．在一次分離中轉(zhuǎn)移某一譜帶B：25M的OV—柱1、2、3為中心切割區(qū)間A：6ft的PEG—20M柱2/3/202324分離分析-多維色譜5．痕量組分的分析通過(guò)預(yù)柱多次進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)，并允許預(yù)柱每次進(jìn)樣都超載，每次進(jìn)樣后通過(guò)中心切割把感興趣組分從預(yù)柱切到冷阱，在多次富集后再一次性沖入主柱，其圖譜見(jiàn)圖6－12。由于多次進(jìn)樣，使冷阱中的痕量組分的絕對(duì)量增加，大大提高了檢測(cè)能力，因此富集操作不僅能簡(jiǎn)化樣品的預(yù)處理，降低對(duì)儀器靈敏度的要求，而且主柱的高分辨性也可以排除無(wú)關(guān)組分的干擾，提高了定量分析的精度，這對(duì)痕量組分的分析是很重要的，如農(nóng)藥殘毒、藥物殘留等。由于預(yù)柱的峰擴(kuò)張可以被中間冷阱的熱聚作用（thermalfocusing）消除，為主柱分離最大可能被優(yōu)化提供了條件。2/3/202325分離分析-多維色譜2/3/202326分離分析-多維色譜7.把分析方法標(biāo)準(zhǔn)化從分析方法上看，預(yù)