多維色譜簡介

多維色譜簡介利用多根色譜柱和多個檢測器聯(lián)用，采用切換的方法進行隨心所欲的組合，從而達到設(shè)計目的的實驗方法。2/3/20231分離分析-多維色譜問題的提出很多色譜分析實驗中會遇到靠一根柱子無法得到良好分離結(jié)果的情況，可采用多維色譜方法進行處理。為了解決大量存在的復(fù)雜樣品和痕量組分的定量測定問題,許多色譜工作者都進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)展起來的，與雙流路色譜及多級色譜不同。它不僅僅是使用二根或兩套以上的色譜柱及兩個以上檢測器，還要使用多通閥或用改變串聯(lián)雙柱前后壓力的方法來改變流動相在柱內(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-多維色譜為了實現(xiàn)智能化色譜操作控制自動化、方法條件的最佳化及譜圖分析的計算機化要求，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的平方根增加，而載氣的最佳流速又因柱長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），同時分析時間也隨之迅速增加。因此單純增加柱長的辦法來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。因為樣品組成雖然復(fù)雜，但采用MDSS可以在樣品進入主柱之前實現(xiàn)選擇性進樣，排除不感興趣組分的干擾，并通過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。實踐證明：MDSS的分離效能遠大于單維系統(tǒng)。這是因為單柱的分離效能僅是柱長的貢獻，而MDSS的分離效能是柱長和固定相極性差異的共同貢獻。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)的單根毛細管柱。要分辨ΔI=1的兩個化合物，毛細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管柱匹配就可以圓滿完成此分離。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較為適當?shù)亩x：①兩根選擇性不同的柱子各與一個能確定保留指數(shù)的裝置（如積分儀、計算機等）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兩維氣相色譜的關(guān)鍵是兩根選擇性不同的柱子和一個可以利用柱子選擇性差異的裝置，所以兩維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。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．有閥切換和無閥切換

在兩維切換系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)各功能元件（柱、冷阱、檢測器等）之間的切換，可以采用兩種技術(shù)：有閥切換或無閥切換。有閥切換就是用閥來連接各元件，依靠閥件的移動改善氣路的通道，因為樣品流經(jīng)閥體，所以對閥的化學(xué)惰性，死體積、耐熱性、吸附性、密封性等都有嚴格要求，尤其在使用毛細管柱系統(tǒng)時。此閥雖然價格昂貴，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對閥切換技術(shù)進行了改進，建立了無閥切換系統(tǒng)，柱內(nèi)的流動狀態(tài)變化是由柱兩端壓力不同實現(xiàn)的，而壓力的變化是通過電磁閥來控制，由于樣品不流經(jīng)閥件，所以不受閥的干擾，整個裝置在化學(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，最后放空，而主柱流向不變，進入主柱的各組分進一步分離。2/3/202314分離分析-多維色譜中心切割在直通狀態(tài)下，切換開關(guān)T的上端壓力稍高于下端，此時和圖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，開關(guān)T中氣體流向與柱C1，C2相反，此時由C1來的組分由T帶著從旁路放空，已時入C2的組分繼續(xù)進一步分離。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冷阱，將C1沖出的譜帶濃縮在冷阱中；再進樣就是在直通狀態(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入主柱。這特別適用于稀溶液分析及檢測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，由圖中可以看出雜質(zhì)苯從正已烷中完全分離出來。這方法常用于試劑純度分析，這方法的特點是所測微量組分與主組分保留時間很相近，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

分進入主柱后，把其余部分反吹。因為石腦油進樣45秒后的譜圖，石腦油中CS2的分析采用毛細管柱需1個多小時，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）通過切換使CS2在所有烴之后出峰，排除了烴類對CS2檢測的干擾，CS2的最低檢測濃度為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間，防止主組分或有害組分進入檢測器或柱子（尤其是毛細管柱）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樣分一個或幾個譜帶依次進入主柱，見圖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預(yù)柱多次進樣實現(xiàn)，并允許預(yù)柱每次進樣都超載，每次進樣后通過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，其圖譜見圖6－12。由于多次進樣，使冷阱中的痕量組分的絕對量增加，大大提高了檢測能力，因此富集操作不僅能簡化樣品的預(yù)處理，降低對儀器靈敏度的要求，而且主柱的高分辨性也可以排除無關(guān)組分的干擾，提高了定量分析的精度，這對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.把分析方法標準化從分析方法上看，預(yù)