一文带你掌握全二维气相色谱GC×GC

赵敏 0 2021-07-07

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气相色谱作为一种重要的分析挥发性和半挥发性有机化合物的工具，在对组分数多达几千的复杂体系进行分析时，传统的一维色谱(1DGC)不仅费时,而且由于峰容量不够，峰重叠十分严重等问题无法满足分离要求。于是就产生了全二维气相色谱，其目的就是为了解决重叠峰、共馏峰和分离不完全等一维气相色谱所存在的问题。

全二维气相色谱技术的发展历程大概分为3个阶段：

① 1991年至20世纪末，从全二维气相色谱技术被发明，到早期的气流调制和热调制器技术的研究，以及信号数据处理方法的研究与发展，全二维气相色谱技术逐渐被认识和认可。

② 本世纪前10年，由商业化的热调制器、数据处理软件和高采样率的飞行时间质谱构成的全二维系统进入多个行业分析领域，得到实际应用。

③ 2010年后到未来一段时间，更简便经济的热调制技术，尝试结合快速扫描单四极杆和飞行时间质谱，更新全二维气质技术。

图一仪器实物图

GC×GC其主要原理：

把分离机理不同而又互相独立的两根色谱柱以串联方式连接，中间装有一个调制器（Modulator）, 经第一根柱子分离后的所有馏出物在调制器内进行浓缩聚集后以周期性的脉冲形式释放到第二根柱子里进行继续分离，最后进入色谱检测器。这样在第一维没有完全分开的组分（共馏出物）在第二维进行进一步分离，达到了正交分离的效果。

在全二维气相色谱分离模式下，第一维色谱流出的所有物质经过调制器富集并再次进样到第二维色谱柱进行二次分离。一维柱和二维柱的分离机制不同，从而使得第一维色谱柱上共流出的化合物在第二维色谱上可以实现更完全的分离，从而极大提高气相色谱分辨率和峰容量。同时，由于全二维具备浓缩功能，在同样检测器的情况下，可以降低化合物的检出限，因此可以测得更低含量的目标化合物。

图二 GC×GC工作原理

GC×GC的数据处理过程与功能

分析结果使用专业的全二维气相色谱数据处理软件GC Image进行处理。该软件可自动识别调制周期，自动完成峰检索和积分，支持族类化合物分析，质谱谱库搜索匹配以及定量分析工作等。此外，还可以使用化合物的保留指数对定性结果进行进一步筛查，提高定性准确性。

图三 GC×GC数据处理过程

GC×GC分析优势

分辨率、峰容量：

在一个正交的GC×GC系统中，峰容量为其组成的两根柱子各自峰容量的乘积，分辨率为两根柱子各自分辨率平方加和的平方根。因此，利用GC×GC分析可以大大拓展峰容量和分辨率。

图四 GC×GC灵敏度优势

灵敏度：

经第一支色谱柱分离后，馏分在调制器聚焦，再以脉冲形式进样，图中的这个峰被调制了6次，信号强度比调制前放大了约20倍，因此，灵敏度可比通常调制前放大了约20-50倍。

定性：

GC×GC定性的可靠性比一维色谱强得多,但是其定性方法与一维色谱相比并没有本质的不同。一、大多数目标化合物和化合物组基线分离，减少了干扰；二、峰被分离成容易识别的模式，同系物成员在第二维具有类似的保留值，而异构体成员则形成“瓦片状”排列，形成“结构化”谱图。既可以根据各化合物或各化合物组在二维坐标中的保留时间并借助于参考标样来定性 ,也可以通过与高速质谱的联用来定性。

定量：

GC×GC 定量与一维色谱定量相比有以下几个优点：

（1）GC ×GC 由色谱峰重叠引起的干扰更小，更容易对各组分定量；

（2）组分通过GC×GC 第 2 柱的速度很快，相同量的某一组分在 1DGC 中需要几秒钟通过检测器，而在 GC ×GC 中该组分被分割成几块碎片，每一碎片通过检测器的时间仅为100ms 左右，因此GC ×GC 的峰形更尖税，灵敏度也更高；

（3）真正的基线分离，有利于准确的积分；

（4）调制器作用使信噪比大大提高。

责任编辑：展源

审　　核：何发