第二講-氣相色譜中的衍生試劑及其新進(jìn)展課件

1、氣相色譜中化學(xué)衍生的重要性氣相色譜中化學(xué)衍生的重要性 改善樣品的揮發(fā)性和熱穩(wěn)定性 改善樣品的峰形提高分離性能 增加分離檢測的選擇性和靈敏度 氣相色譜衍生試劑的主要類型氣相色譜衍生試劑的主要類型 硅烷化試劑硅烷化試劑 烷基化試劑烷基化試劑(包括酯化試劑包括酯化試劑) ?；噭；噭┢渌苌噭┢渌苌噭?(手性試劑等手性試劑等) 1 硅烷化試劑硅烷化試劑-OH-COOH-SH-NH2=NH-O-Si(CH3)3-COO-Si(CH3)3-S-Si(CH3)3-NH-Si(CH3)3-NSi(CH3)3Si(CH3)3=N-Si(CH3)3TMS凡含有活潑氫的化合物都能與硅烷化試劑反應(yīng).

2、最重要的是三甲基硅衍生試劑.三甲基硅（TMS）衍生試劑與待測物的反應(yīng)方程式： 被衍生化合物的各極性官能團(tuán)接受硅烷基的能力依次為: 醇(伯仲叔) 酚 羧酸 胺(一級胺二級胺) 酰胺 常見的三甲硅烷化試劑 (CH3)3SiNHSi(CH3)3 (CH3)3SiCl CH3C NSi(CH3)3OCH3 NSi(CH3)3OCH3CF3C CH3CNSi(CH3)3OSi(CH3)3 CNSi(CH3)3OSi(CH3)3CF3reagents abbreviation structurehexamethyldisilazaneHMDStrimethylchlorosilaneTMCSN-methy

3、l-N-TMS-acetamideMSAN-methyl-N-TMS-trifluoroacetamideMSTFAN, O-Bis-TMS-acetamideBSAN, O, bis-TMS-trifluoroacetamideBSTFATrimethylsilylimidazoleTMSIM (CH3)3SiNNN-甲基-N-三甲硅基三氟乙酰胺（MSTFA）， N，O-雙三甲硅基乙酰胺（BSA）， N，O-雙三甲硅基三氟乙酰胺（BSTFA），三甲硅基咪唑（TMSIM）的反應(yīng)性較強(qiáng)。 MSTFA衍生物的揮發(fā)性最好。 TMSIM易與羥基及羧羥基反應(yīng)，但與脂肪胺不反應(yīng)，也不能促進(jìn)烯醇-TMS醚的

4、形成，主要適于衍生有空間障礙的羥基化合物。綜合各試劑的反應(yīng)性、選擇性、揮發(fā)性和副產(chǎn)物的形成等因素，BSTFA和MSTFA二種試劑應(yīng)用最多。三甲基硅烷衍生物的優(yōu)點(diǎn)三甲基硅烷衍生物的優(yōu)點(diǎn): 熱穩(wěn)定性好，揮發(fā)性強(qiáng)，易于制備，色譜性能好，應(yīng)用最廣。所有硅烷化試劑制備衍生物后，可直接進(jìn)行GC分析，節(jié)省了樣品制備時(shí)間。三甲基硅烷衍生物的缺點(diǎn)：三甲基硅烷衍生物的缺點(diǎn)：對水和酸不穩(wěn)定，易分解；由于氧化硅的沉積，易污染FID檢測器三甲硅烷衍生試劑與醇、酚類化合物反應(yīng)的影響因素1.立體效應(yīng)立體效應(yīng) : 伯醇仲醇叔醇 2.催化劑催化劑常用的催化劑: 三甲基氯硅烷（TMCS），TMSIM，三甲碘硅烷（TMSI）和乙酸

5、鉀 Wang 等 2 測定了頭發(fā)、血液、唾液及尿液中的海洛因及其六種代謝產(chǎn)物，樣品經(jīng)固相萃取處理后，加入衍生試劑 BSTFA+1% TMCS 在70oC 反應(yīng)20min，檢出限可達(dá)1ng/ml。 其它烷基取代的甲硅烷化試劑 1. 二甲硅烷化衍生試劑（二甲硅烷化衍生試劑（DMS） N-甲基-N-特丁基二甲硅烷基三氟乙酰胺（MTBSTFA） 該試劑可用于衍生羥基、羧基、巰基、一級胺和二級胺中的活潑氫，形成特丁基二甲硅烷基（TBDMS）衍生物。反應(yīng)形成的副產(chǎn)物易于揮發(fā)。 TBDMS衍生物在質(zhì)譜中易于失去特丁基形成高豐度的 M-57+特征離子，適于MS定量分析。 二甲硅烷化衍生物比三甲硅烷化衍生物揮發(fā)

6、性好，對水更穩(wěn)定（但仍不穩(wěn)定），能給出有用的質(zhì)譜碎片。2. 鹵烷基二甲硅基試劑鹵烷基二甲硅基試劑 XCH2SiYCH3CH3X=C Chloromethyldimethylsilyl（CMDMS）； X=Br Bromomethyldimethylsilyl（BMDMS）；X=I Iodomethyldimethylsilyl（IMDMS）；Y=Cl ，chlorosilane ；Y=NHSi（CH3）2CH2X， disilazane 該類試劑能增加衍生物的親電力, 適用于靈敏度很高的電子捕獲檢測器. 1. 應(yīng)用范圍廣: 凡含有活潑氫的化合物都能 與硅烷化試劑發(fā)生反應(yīng).2. 形成的衍生物熱穩(wěn)

7、定性好，揮發(fā)性強(qiáng)，易于制備，色譜性能好 .3 . 衍生反應(yīng)完成后,可直接進(jìn)行氣相色譜分析. 4. 溶劑的選擇：使用非質(zhì)子化溶劑如吡啶，乙腈，二甲 亞砜，四氫呋喃和N，N-二甲基甲酰胺 等.5. 衍生物因硅的沉積易玷污FID檢測器 .6. 反應(yīng)需無水條件.2 烷基化試劑烷基化試劑 烷基化反應(yīng)是衍生試劑分子中的烷基取代化合物中的酸性氫. OHCOOHSHNH2R-XbaseORCOORSRNHRNR2X為鹵素或其它易離去基團(tuán)。 衍生物是醚，酯，硫醚，N-烷基胺，N-烷基酰胺; 弱酸基團(tuán)的烷基化需強(qiáng)堿催化劑，酚羥基和羧酸羥基等酸性較強(qiáng), 需弱堿催化劑。 常見烷基化試劑及典型反應(yīng)條件 Type of

8、reagentTypical reaction conditionGroups derivatizedDiazoalkane Non-polar solventAcidic OH and NHAlkyl halide-strong baseDMSOAlcohols, amides Alkyl halide-weak baseK2CO3-acetoneThiols, phenols, acids, amines, acidic NHAlkyl halide- weak base- ionophoreK2CO3-18-crown-6 Thiols, phenols, acids, amines,

9、acidic NHAlkyl halide quaternary ammonium saltPhase transferThiols, phenols, acids, amines, acidic NHQuaternary ammonium On column derivatizationThiols, phenols, acids, amines, acidic NH重氮烷烴烷化1. 類型類型: 目前主要有三種. 重氮甲烷重氮甲烷: 應(yīng)用最為廣泛 。該試劑與化合物的衍生條件溫和、反應(yīng)迅速、高效、無副產(chǎn)物，但它毒性大，不易貯存，制備時(shí)有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。 三甲硅基重氮甲烷三甲硅基重氮甲烷（TMS

10、DM）: 是一種在安全性上優(yōu)于重氮甲烷的試劑，但TMSDM的衍生速率及衍生產(chǎn)率均低于重氮甲烷，且易于形成三甲基硅的副產(chǎn)物。 五氟苯基重氮甲烷五氟苯基重氮甲烷: : 用于前列腺素類化合物的衍生，用ECD和MS檢測，靈敏度高。2. 應(yīng)用應(yīng)用: 羧酸，磺酸，酚，烯醇等含-OH和-NH-化合物的烷基化。 主要是一些低分子量的脂肪鹵化物，如CH3，C2H5，n-C3H7，i-C3H7etc.，芐基和取代芐基溴化物等。其中以五氟芐基溴（五氟芐基溴（PFB-Br）的應(yīng)用最多。）的應(yīng)用最多。 烷基衍生物可通過在有機(jī)介質(zhì)中反應(yīng)、相轉(zhuǎn)移反應(yīng)及固相萃取衍生等途徑來制備。 相轉(zhuǎn)移反應(yīng)也稱為“萃取烷基化”。 衍生試劑常

11、用CH3I，相轉(zhuǎn)移試劑為硫酸氫四已基胺或氫氧化四丁基胺 。 固相萃取衍生是目前制備烷基化衍生物的一種非常有發(fā)展前景的方法,根據(jù)樣品的性質(zhì)，可選擇陰離子交換樹脂，C18等作固相萃取劑，常用的衍生試劑是PFB-Br。該方法已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和食品檢測等領(lǐng)域。烷基鹵化物的烷化萃取烷化 水相 Ar-OH + R4N+X- ArO-R4N+ + HX 有機(jī)相 Ar-OR/ + R4N+X- ArO-R4N+ + R/X 該方法可以使萃取，衍生同時(shí)進(jìn)行.使酸性化合物以陰離子形式進(jìn)入非質(zhì)子化的有機(jī)相，裸露的陰離子對烷基化試劑反應(yīng)性強(qiáng)，容易快速，高效生成衍生物。 常用于生物樣品的測定, 樣品的純化與衍生可一

12、步完成。季銨鹽-熱解烷基化 XCH3CH3CH3NZ-(1) X=H Z=OH(2) X=CF3 Z=OH(3) X=H Z=F(4) X=H Z=OCOCH3(5) X=H Z=CN CH2NRCH3CH3XXF-(6) X=H R=phenyl(7) X=CF3 R=CH3(8) X=CH3 R=phenyl衍生方法：直接將分析物與試劑的甲醇溶液的混合物注入氣相色譜的進(jìn)樣口，熱解產(chǎn)生烷基化衍生物。 特點(diǎn)：衍生效率高，但腐蝕性強(qiáng)，可能會損壞色譜柱。據(jù)報(bào)道四烷基銨氟化物無腐蝕性，衍生效率與相應(yīng)的氫氧化物相當(dāng) .(1-5) 所示的試劑已商品化。 (6-8) 是幾種性能較好的芐基銨鹽試劑 , 可用

13、作酸、酚類化合物的在柱烷基化衍生試劑, 生成芐基酯和芐基醚衍生物。 季銨鹽-熱解烷基化3. ?；苌噭；苌噭﹏?；苌噭┲饕絮｛u，酸酐、?；溥?、酰胺及烷基氯甲酸酯等。n可用于衍生醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等化合物。n衍生反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是衍生試劑的?；〈鷺O性化合物中的活性氫。酸酐衍生反應(yīng)方程式如下: R-OHR-NH2R-SHR-OCRR-NH-CORR-S-CORO(RCO)2O酰鹵和酸酐特點(diǎn)：特點(diǎn)：衍生反應(yīng)一般在吡啶、二甲胺吡啶或其它可接受酸副產(chǎn)物的溶劑中進(jìn)行。酰鹵和酸酐與被測物的衍生反應(yīng)完成后，過量的試劑和副產(chǎn)物損壞色譜柱，必須在GC分析前除去。常用試劑：三氟醋酐（T

14、FAA), 五氟丙酐（PFPA), 七氟丁酐（HFBA)應(yīng)用應(yīng)用 ：Rohrich 等3 以丙酸酐 (PSA) 和三氟乙酸酐 (TFAA) 為衍生試劑, 測定了頭發(fā)中的苯異丙胺及其代謝產(chǎn)物, 研究表明, PSA衍生物的穩(wěn)定性比TFAA衍生物好, 但TFAA衍生物在質(zhì)譜中特征離子的豐度更高。以4-乙酯基六氟丁酰氯4為衍生試劑，可測定血清中的芐醇。因衍生物分子量高，用GC-MS特征離子檢測時(shí)，可以免受血清中其它干擾物質(zhì)的影響，得到很好的分離。該試劑還可用于尿液中苯酚的測定5。酰基咪唑和酰胺 酰鹵和酸酐與被測物的衍生反應(yīng)產(chǎn)生酸副產(chǎn)物，對一些易酸解的化合物，衍生試劑可選用?；溥?。該反應(yīng)的副產(chǎn)物是堿性

15、離去基團(tuán)，不會引起衍生物的分解。咪唑試劑易于水解，當(dāng)衍生物穩(wěn)定性高時(shí)，可用水洗去多余的試劑。五氟丙酰三唑（PFPT)：廣泛用于兒茶酚胺類和吲哚胺類的衍生化，形成單一穩(wěn)定、穩(wěn)定的衍生物。酰胺酰胺如N-甲基雙三氟乙酰胺（MBTFA）:揮發(fā)性好，副產(chǎn)物不損壞色譜柱，衍生反應(yīng)完成后可直接進(jìn)行GC分析。 鹵代?；噭?特點(diǎn)特點(diǎn)：增加化合物的親電力 ，使衍生物適于靈敏的ECD或NCl-MS檢測。用MS檢測時(shí)，碎片離子在高的質(zhì)荷比處豐度高，分析時(shí)可以免受低分子量化合物的干擾 。應(yīng)用：應(yīng)用：全氟酰衍生物如三氟乙酰（TFA），五氟丙酰（PFP）和七氟丁酰（HFB）實(shí)際應(yīng)用最廣。烷基氯甲酸酯烷基氯甲酸酯 類型類

16、型: : 烷基氯甲酸酯主要包括甲基、乙基、丙基、異丁基氯甲酸酯（MCF，ECF，PCF,IBCF）及一些含鹵試劑如三氯乙基氯甲酸酯（TCECF），五氟芐基氯甲酸酯（PFBCF）。特點(diǎn)：特點(diǎn)： 該類試劑與酚、胺的衍生反應(yīng)可以直接在水相中進(jìn)行，衍 生產(chǎn)物是碳酸酯和氨基甲酸酯。氯甲酸酯作為胺的?；噭?，衍生產(chǎn)物色譜性能優(yōu)良。 該類試劑的衍生反應(yīng)產(chǎn)率高，速度極快，只需幾秒-幾分。 衍生反應(yīng)完成后,必需去除過量試劑及副產(chǎn)物. 烷基氯甲酸酯烷基氯甲酸酯應(yīng)用應(yīng)用:以乙基氯甲酸酯為衍生試劑。在水相中衍生氨基酸和二肽，用氣相色譜-陽離子化學(xué)電離質(zhì)譜（GC-PCI-MS）和GC-NCI-MS檢測。二肽的衍生和分

17、析時(shí)間加起來是10min6。 Namera 等7 以 乙基氯甲酸酯為衍生試劑,測定了尿液中15種氨基酸,線性范圍1.0-300g/ml,檢出限0.5ng/ml.BRHOHOCCOHOHCCOOB R+2H2O+2) 手性衍生試劑手性衍生試劑一些手性試劑在藥物和毒物分析中的應(yīng)用derivatization reagentscompoundsRef.S-(-)-heptafluorobutyryl prolyl chloridefenfluramine，methylphenidate and its metabolite8-9(-)-mentyl chloroformatemethadone, a

18、mphetamine10-11R(+)-2-methoxy-2-phenyl-3,3,3-trifluoropropionyl chlorideamphetamine12 (S)-(-)-(Trifluoroacyl)prolyl chlorideamphetamine13-14 3) 醛、酮類化合物的衍生試劑醛、酮類化合物的衍生試劑 醛、酮類化合物一般不必衍生化，但有時(shí)羰基的存在會使化合物出現(xiàn)不對稱峰或使化合物不穩(wěn)定或羰基化合物的色譜峰被干擾組分掩蓋，這種情況下仍需衍生。 常用衍生方法常用衍生方法：成肟、 成腙反應(yīng)應(yīng)用：應(yīng)用： 五氟芐基胲已用于半乳糖15的衍生。 3,5-二（三氟甲基）芐基胲用于衍生痕量的睪酮，再用 GC-NCI-MS檢測16。 揮發(fā)性醛類可用2-肼基苯并噻唑衍生，GC-NPD檢測17展 望 GC中的衍生試劑及方法將來可能的發(fā)展方向主要是：1. 合成和開發(fā)具有特異性的新試劑，如手性衍生試劑，適于質(zhì)譜檢測的衍生試劑等。2. 建立現(xiàn)有試劑的新的衍生方法，減少樣品的前處理時(shí)間。3. 進(jìn)一步拓展現(xiàn)有試劑的應(yīng)用范圍，特別是在毒物分析及藥物分析方面