氣相色譜與紅外光譜的聯(lián)用.doc

氣相色譜與紅外光譜的聯(lián)用摘要本文簡要闡述了氣相色譜和紅外光譜聯(lián)用的概況，介紹了它的系統(tǒng)組成和工作原理；重點(diǎn)綜述了氣相色譜和紅外光譜聯(lián)用的應(yīng)用領(lǐng)域以及研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞氣相色譜和紅外光譜聯(lián)用 工作原理 應(yīng)用 進(jìn)展一、氣相色譜與紅外光譜聯(lián)用的概況20世紀(jì)60年代就有人嘗試氣相色譜與紅外光譜的在線聯(lián)用，但當(dāng)時的色散型紅外光譜儀因掃描速度慢、靈敏度低等不足，難以做到同步跟蹤掃描，也難以勝任微量組分的檢測。干涉型傅立葉變換紅外光譜儀的出現(xiàn)為GCFTIR聯(lián)用創(chuàng)造了條件。1967年Low和Freeman首次演示了氣相色譜一傅立葉變換紅外光譜聯(lián)用實(shí)驗(yàn)。與色散型紅外光譜儀相比，干涉型傅立葉變換紅外光譜儀光通量大，檢測靈敏度高，能夠檢測微量組分，而且由于多路傳輸，可同時獲取全頻域光譜信息，其掃描速度快，可同步跟蹤掃描氣相色譜餾分。70年代，窄帶汞鎘碲(MCT)檢測器代替了熱釋電(TGS)檢測器，內(nèi)壁鍍金硼硅玻璃光管代替了早期的不銹鋼光管，這兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)使氣相色譜-紅外光譜聯(lián)用技術(shù)進(jìn)入了實(shí)用階段。這些突破性的發(fā)展，使GC-FFIR聯(lián)用儀器的檢測限降低了大約3個數(shù)量級，進(jìn)入商品化生產(chǎn)階段。二氣相色譜與紅外光譜聯(lián)用系統(tǒng)組成及工作原理 GC-FIR聯(lián)用系統(tǒng)主要由氣相色譜、接口、紅外光譜、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)系統(tǒng)四個單元組成，其工作原理是：紅外光線被干涉儀調(diào)制后會聚到加熱的光管氣體池入口，經(jīng)過光管鍍金內(nèi)表面的多次反射到達(dá)探測器；另一方面，樣品經(jīng)過色譜柱的分離，色譜餾分將按照保留時間順序通過光管，在光管中選擇性吸收紅外輻射，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采集并存儲來自探測器的干涉圖信息，并作快速傅立葉變換，最后得到樣品的氣相紅外光譜圖。在色譜紅外聯(lián)用系統(tǒng)中, 從色譜柱中洗脫出來的組分被自動地輸送到樣品池,讓實(shí)驗(yàn)人員擺脫了以往從色譜餾分中收集樣品的麻煩，也保證了樣品在不受破壞的條件下進(jìn)行紅外光譜分析，這是“脫機(jī)”檢測無法比擬的。試樣經(jīng)氣相色譜分離后各餾分按保留時間順序進(jìn)入接口。1接口是聯(lián)用系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。目前已有光管接口和冷凍捕集接口兩種類型，后者可以使聯(lián)機(jī)系統(tǒng)具有更高的信噪比，但由于其價(jià)格昂貴，至今普遍使用的仍是相對廉價(jià)的光管接口。目前普遍采用的是Azarrag光管，為內(nèi)表面鍍金的硼硅毛細(xì)管。紅外光線經(jīng)鍍金內(nèi)壁的多次反射，有效地增加了光管的長度。根據(jù)Beer定律，光程增加，吸收值相應(yīng)增加，提高了檢測靈敏度，而且金的化學(xué)惰性可以防止樣品在高溫下分解。因?yàn)楣夤苄虶CFIR操作簡便，價(jià)格相對低廉，所以至今普遍使用的仍是光管接口。光管接口一般包括傳輸線(transfer line)、光管(1ight pipe)、加熱裝置及汞鎘碲(MCT)檢測器。接口的出口端可直接放空或進(jìn)一步聯(lián)接到氣相色譜儀的氫火焰檢測器或熱導(dǎo)檢測器等，可同時得到各種氣相色譜圖。 三 GC-FTIR數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)提供的信息 (一)色譜圖 色譜圖是由GC-FTIR得到的色譜圖譜稱重建色譜圖，它是將檢測器記錄的干涉圖經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果，主要有官能團(tuán)色譜圖、總吸收度重建色譜圖、Gram-Schmidt重建色譜圖。 (二)紅外光譜圖 紅外光譜圖表征著化合物分子中各基團(tuán)的吸收頻率及其強(qiáng)度。利用紅外光譜圖可以鑒定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。 (三)色譜保留值 色譜保留值可以作為紅外光譜定性的重要輔助依據(jù)。特別是當(dāng)鑒定象同系物等分子結(jié)構(gòu)內(nèi)有不同數(shù)目的重復(fù)單元的化合物時，尤為重要。因?yàn)檫@類化合物的紅外光譜特征十分相似，而它們的色譜保留值卻存在著顯著差異。 (四)GC-FTIR譜庫檢索 目前，商用GC-FTIR儀器一般都帶有譜圖檢索軟件，可以對GC餾分進(jìn)行定性檢索。將得到的GC餾分氣態(tài)紅外光譜圖與計(jì)算機(jī)中儲存的氣態(tài)紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較，以實(shí)現(xiàn)未知組分的確認(rèn)。但目前由于化合物的氣態(tài)紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)目有限，使其應(yīng)用受到限制。四氣相色譜與紅外光譜聯(lián)用的應(yīng)用領(lǐng)域GC-FTIR廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物揮發(fā)油分析(藥用揮發(fā)油分析)，例如中草藥的揮發(fā)油成分一般都很復(fù)雜，常常含有異構(gòu)體，在對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒別時GC-MS具有一定的局限性，而GC-FTIR可以提供準(zhǔn)確的信息。還應(yīng)用于香精香料分析，石油化工分析、環(huán)境污染分析(包括毒物檢測、廢水分析、空氣污染物分析、農(nóng)藥分析)等。另外，燃料分析(煤與石油分餾產(chǎn)物的分析)也廣泛使用了GC-FTIR聯(lián)用技術(shù)。 (一)在鑒定芳香族聚酯纖維中的應(yīng)用 劉文莉等2運(yùn)用紅外光譜和熱裂解氣相色譜質(zhì)譜技術(shù)對芳香族聚酯纖維所進(jìn)行鑒別。單純的紅外光譜鑒別有一定的局限性，難以鑒別那些含有相同化學(xué)特征基團(tuán)的合成纖維，例如芳香族聚酯類中的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚對苯二甲酸丙二醇酯（PTT）和聚對苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。對于這類特征基團(tuán)相同的物質(zhì)，熱裂解氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)能夠?qū)Σ牧细邷亓呀夂蟮男》肿舆M(jìn)行定性和定量分析，再結(jié)合各種聚酯纖維的熱分解機(jī)理以及分解后的特征產(chǎn)物情況能夠快速準(zhǔn)確鑒別這三種纖維。 (二) 在石油方面的應(yīng)用 多年來氣相色譜的發(fā)展推動了石油和石化的發(fā)展，反過來石油和石化的發(fā)展又促進(jìn)了氣相色譜的前進(jìn)和發(fā)展，氣相色譜在石油和石化領(lǐng)域有著極大的應(yīng)用場所。所以氣相色譜在石油和石化分析中的應(yīng)用長盛不衰，近年來氣相色譜和紅外光譜在石油和石化分析中的應(yīng)用研究頗受青睞。氣相色譜法被廣泛用于溢油品特性的分析，該技術(shù)鑒別溢油具有分離效能高、選擇性好、靈敏度高、快速等特點(diǎn)，但氣相色譜法有時掩蓋了不同油種之間的細(xì)微差別且重油的色譜也難以分辨,對各類機(jī)油和沸點(diǎn)在300 以上的成分難以區(qū)分。 (三)在微生物中的應(yīng)用 楊華等3色譜/紅外光譜聯(lián)用法鑒定厭氧菌，該方法由色譜部分實(shí)現(xiàn)對混合組分的分離, 由紅外部分實(shí)現(xiàn)對單一組分的定性、定量分析。武俊等9應(yīng)用GC-MS和GC-FIIR對細(xì)菌CDS-1降解呋喃丹的產(chǎn)物進(jìn)行了分析，確定在呋喃丹降解后期產(chǎn)生的具有刺激性氣味的物質(zhì)的主要成分為藏茴香酮。五氣相色譜與紅外光譜聯(lián)用的研究進(jìn)展隨著儀器與計(jì)算機(jī)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)差譜技術(shù)得到應(yīng)用，通過光譜差減，可以把混峰光譜進(jìn)行剝離，從而有可能對混峰進(jìn)行完全鑒定，甚至也有可能對GC本身沒有分開的峰進(jìn)行剝離鑒定。GC-FTIR聯(lián)用技術(shù)得到了空前的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，發(fā)揮著重要作用，尤其在異構(gòu)體的分離與鑒定方面有其他分析方法無可比擬的優(yōu)越性。GC/FTIR在藥物分析中已得到廣泛應(yīng)用，并具有美好前景。GC-FTIR聯(lián)用技術(shù)在化合物定性方面是GC-MS的重要輔助手段，GC-MS在化合物定性中廣泛使用主要基于的優(yōu)點(diǎn)有：靈敏度高，具有強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)譜圖數(shù)據(jù)庫方便檢索。但是，僅僅依靠GC-MS得到的結(jié)果對化合物進(jìn)行定性并不十分充分，其缺點(diǎn)有：不能夠區(qū)分異構(gòu)體；有時候計(jì)算機(jī)給出的幾個化合物具有相似的檢索相似度，難以判斷結(jié)果。而紅外光譜在化合物定性方面的優(yōu)點(diǎn)有：能夠提供化合物完整的結(jié)構(gòu)信息，能夠區(qū)分異構(gòu)體，每種化合物都具有唯一的紅外光譜圖。這些特性使得GC-FTIR成為GC-MS的重要補(bǔ)充，二者的結(jié)合是化合物定性更加準(zhǔn)確。而且紅外檢測器是非破壞性的，組分在經(jīng)過紅外檢測后可以繼續(xù)進(jìn)行質(zhì)譜檢測，實(shí)現(xiàn)GC-FTIR-MS聯(lián)用，進(jìn)一步提高檢測結(jié)果的可靠性。六結(jié)論色譜聯(lián)用技術(shù)還有著很大的發(fā)展空間，新的色譜聯(lián)用技術(shù)有待探索使用，如色譜聯(lián)分離技術(shù)和元素特征檢測技術(shù)的聯(lián)用形成了HPLCICPMS。色譜聯(lián)用技術(shù)已克服了傳統(tǒng)色譜檢測器信息量不夠的缺點(diǎn)，提供了可靠、精確的相對分子質(zhì)量及結(jié)構(gòu)信息，并簡化了試驗(yàn)步驟，節(jié)省了樣品的準(zhǔn)備時間和分析時間，有著廣泛的應(yīng)用前景，可以相信，各種新型色譜聯(lián)用技術(shù)的廣泛應(yīng)用必將對現(xiàn)代研究起到重要的推動作用。 參考文獻(xiàn)1 徐新元，氣相色