《有机物的分离和结构鉴定》的资料

二维色谱 色谱/色谱联用技术是采用匹配的接口将不同的色谱连接起来，第一级色谱中未分离开 的组分由接口转移到第二级色谱中，第二级色谱仍有未分开的组分，也可以继续通过接口转 移到第三级色谱中。理论上，可以通过接口将任意级色谱连接起来，直至将有机混合物样品 中所有的组分都分离开来。但实际上，一般只要选用两个合适的色潇联用就可以满足对绝入 多数有机混合物样品的分离要求了。因此，一般的色谱/色谱联用都是二级色潜，也称为二 维色谱，但二维色谱也是有区别的。若两种色谱的联用仅是通过接口将前一级色谱的某一组 分简单地传递到后一级色谱中继续分离，这是普通的二维色谱 (two-dimensional chromatography)，一般用 C+C 示。但当两种色谱联用，接口不仅承担将前一级色谱的组 分传递到后一级色谱中，而且还承担前一级色谱的某些组分(如高浓度和损害下级色谱的组 分等)的收集式聚集作用，这种二维色谱称做全二维色谱（comprehensive two-dimensional chromatography），.一般用 C×C 表示。C+C 或 C×C 两种二维色谱可以是相同的分离模式 和类型，也可以是不同的分离模式和类型。原则上，只要有匹配的接口，任何模式和类型的 色谱都可以联用，但常见的是根据流动相差异，将二维色谱分成两类。一类是流动相相同的 二维色谱，如气相色谱/气相色谱 （GC/GC）,液相色谱/液相色谱(LC/LC）等。这类二维色 谱由于流动相相同，操作和接口的要求都较容易。另一类是流动相不同的二维色谱，如气相 色谱/液相色谱(GC/LC)等。这类二维色谱由于流动相不同，操作和接口的要求均较高，至少 要处理好两级色谱流动相的有效和合理的分离，因为前级色谱的流动相不能进入后一级色谱 中。 在二维色潜中还需要注意的间题是:①两级色谱的柱容量应当尽可能地相互匹配。如果 难以达到匹配水平，应选择柱容量大的色谱作为前一级色讲。②两级色灌虽然都可以选择合 适各自特点的检测器，但为了保证后一级色潜对有机组分的分离检测，前一级色谱应当选择 非破坏性检测器。如气相色谱应选择热导检测器，液相色谱应选择紫外检测器，而不能选择 相应能破坏样品组分的氢火焰和液相电化学检测器等。若前一级色谱必须用破坏样品组分的 检测器才能检侧组分，则只能采用分流的方法。即使前一级色谱的流出组分分成两部分，一 部分进入检侧器，另一部分进入后一级色谱系统，这对接口有更高的要求，一般采用 C×C 二维色谱才能实现。 最后，二维色潜能和单一色谱一样，也可以继续与有机物的结构鉴定仪器如质谱、红外 和核磁共振等联用。正如气相色谱技术的一样，二维色谱的 GC/GC 技术非常成熟，经 30 年的商品化技术开发，目前 GC/GC 二维色谱联用仪器有很好的商品出售。LC/LC 二维色谱目前还少有出售的商品仪器。但由于液相色谱有较多的分流模式，如正反相、离子 交换等，使得 LC/LC 分离效果和应用范围要远远优于 GC/GC。因此，近年 LC/LC 维色谱的 应用和技术开发都在迅速发展，很快会有成熟的商品出现。下面主要对 GC/GC 和 LC/LC 二 维色谱进行介绍。 二、气相/气相二维色讲 气相/气相二维色僧的发展已有很长的历史，应用很广泛，技术也非常成熟。现在不仅 有许多公司能生产气相/气相色谱联用仪器，而且也能生产各种气相/气相色谱联用的接口和 相关的配件。现在利用商品化的气相/气相色谱联用系统的接口装置，可以很容易地将两台 通用型的气相色谱仪连接在一起，而实现气相/气相色谱的联用。 气相/气相色谱联用技术的成功，主要在于色谱的流动相均为气体，接口比较简单，常 用的气相尸气柑色谱接口主要有 3 类。 1.阀切换接口 这类接口是采用多通阀门装置，通过不同阀门的切换.可以将前一级色谱的某些组分传 递到后一级色谱中，而实现两级气相色谱的联用。这类多通阀的制造材料和密封材料常采用 聚四氟乙烯(塑料王)和陶瓷等，使用温度一般可达 170℃。若使用聚酰胺密封材料，温度则 可达 300℃。多通阀可以很容易将前一级色谱的流出组分切换到检测器、下一级色谱收集器 或直接放空排出。该类接口的主要间题是需要良好的密封，组分切换大多数情况下需要入工 操作。 2. 无阀气控切换接口 这类接口是通过阻力器和外加气流使系统内各组分的流量平衡，所有操作阀在接口系 统外部，通过调节外源载气便系统内部组分压力改变，而流向规定的通道。若前一级色谱组 分直接进入后一级色潜，接口处不必施加载气，组分按原来的流向传递到后一级色谱。但若 使前一级色谱的某组分不进入后一级色谱，则需打开接口将高压载气加入，前一级色谱流出 的组分会受外来压力而不能再流向后一级色谱，而是进人收集器或放空。这类接口没有密封 问题，可以手动或自动操作，是优于多阀切换的接口。 3.在线捕集器 这类接口原理可以相同于多通阀切换或尤例气控，但主要是要将前一级色谱中某些组 分，尤其是微量的组分收集下来。主要通过在线冷阱将所需的组分先凝聚下来，而不是直接 进入后一级色潜。从前一级色谱中冷凝收集的组分完成后，将冷阱迅速升温甲使收集的组分 瞬间汽化进入后一级色谱中进行继续分离分析。现在在线捕集器一般采用铂铱金制造，温度 范围在-180℃～300℃，而且可以在 10 微秒内将冷凝的组分汽化。若采用在线描集器富集微 量和痕量组分并进行分离分析，前一级色谱应尽可能地增大进样量，并使用大容量的柱。也 可以多次进样，以保证捕集器中微痕量组分能富集到足够后一级色潜分离分析量。 组分等复杂组分的有机样品采用 GC/GC 二维色谱是非常有效的分离分析方法。如对一 些含有对映体的挥发油，若用常规的气相色谱一般只能分离各种萜烯及其衍生物的种类，而 很难对各种萜烯的旋光异构体进行分离，此时采用 GC/GC 二维色谱就不仅能分离各种萜烯 种类，而且还可以分离这些萜烯的对映体。图 12.1 是对一些萜烯的 GC 和 GC/GC 联用分析 的对比。图 12.1(a)是常规的单一气相色谱，只能将桧烯、β-蒎烯、宁烯、里那醇、4-萜品 醉和 α-萜品醇分离，但却不能将这些萜相应的旋光异构体分离。而用 GC/GC 联用技术，则 各种萜烯的旋光异构体也被分离开来[图 12.1(b)],由此可见 GC/GC 二维色谱的价值。 最后必须说明：上述 GC/GC 联用均指常规的二维气相色谱 C＋C,而全二维气相色谱 C ×C,则更复杂一些。一般而言，常规的二维色谱只是将前一级色谱中还没有分开或痕量的组 分通过接口传递到后一级色谱中继续分离而达到对全部组分的分离，其根本功能是提高了有 机混合物样品的分离效率。而全二维色谱则有更多的功能.其不仅能对有机样品中各组分进 行有效地分离，而且在柱容量、分析速度和灵敏度方面都远远地优于常规的 GC/GC。二维 色谱。尤其要注意的是：全二维气相色谱的作图已和一般的气相色谱不同，它是以前一级色 潜的保留时间为纵坐标，后一级色谱的保留时间为横坐标作图，因而所得 GC/GC 全二维色 谱图不再是峰形图，而是斑点图形了（参见图 12.2）。另外，GC/GC 全二维气相色潜的接口 也与常规的 GC/GC 二维色谱有很大差别，接口还有对前一级色谱分离出组分进行聚集，然 后再以脉冲方式依次注入后一级色谱的功能。 三、液相/催相二维色谱 由于液相色谱能在常温下对大分子量的有机组分进行分离，而且有多种分离模式，因而 应用范围要比气相色谱广泛。若能实现 LC/LC 联用、那么就能对更复杂的有机样品进行分 离分析。但正因为液相色谱有正反相和离子交换等许多分离模式，导致两种不同分离模式联 用的困难，因而目前还没有完整的 LC/LC 二维色谱问世。一般是各自实验宝根据自己分离 祥品的性能自行组装 LC/LC 二维色谱。常见的 LC/LC 联用是采用多通阀接口装置进行切换。 LC/LC 多通阀接口装置和 GC/GC 多通阀接口装置原理是一致的，也是通过多通阀门的切换 将前一级液相色谱分离出的某种组分传递到后一级液相色谱中继续分离。由于液相色谱的流 动相可以是酸碱性，也可以是水或有机溶剂，且在高压下进行，因此，LC/LCL 联用的接 u 多通阀的耐蚀和密封要求比 GC/GC 联用接口要高得多。现在的 LC/LC 二维色谱的多通阀一 般是六通阀，采用高级不锈钢为基材，并用填充石墨的聚四氟乙烯为密封材料。LC/LC 六 通阀接日需要耐高压，一般应达 50MPa ,但不像 GC/GC 的多通阀需要耐高温，只需耐 50-80 ℃中温即可。 LC/LC 联用主要功能是可以实现对有机样品中某些组分的多次循环分离，也可以净化 样品和富集痕量组分。和气相色谱不同的是，液相色谱的往都较短，一般不超过 30cm，而 气相色谱的毛细管柱已超过 30m，相差 100 倍。增加液相色谱的柱长可以提高分离效果，但 长柱填充和制作困难大。若将相同短柱半联使用，或将短柱流出组分返回柱中再分离，操作 和效果都不理想。这样，利用六通阀接口，将两台液相色谱仪联用可以解决这个间题。另外， 对于反相分配液相色谱，水相组分中的微量有机物的富集也可以通过 LC/LC 联用自动实现， 操作和成本均比目前固相萃取(solid phase extraction,SPE)技术要好得多。因此，现在分析环 境和水中痕量农药残留一般用 LC/LC 联用技术。