气相色谱与红外光谱的联用.doc

气相色谱与红外光谱的联用摘要本文简要阐述了气相色谱和红外光谱联用的概况，介绍了它的系统组成和工作原理；重点综述了气相色谱和红外光谱联用的应用领域以及研究进展。关键词气相色谱和红外光谱联用 工作原理 应用 进展一、气相色谱与红外光谱联用的概况20世纪60年代就有人尝试气相色谱与红外光谱的在线联用，但当时的色散型红外光谱仪因扫描速度慢、灵敏度低等不足，难以做到同步跟踪扫描，也难以胜任微量组分的检测。干涉型傅立叶变换红外光谱仪的出现为GCFTIR联用创造了条件。1967年Low和Freeman首次演示了气相色谱一傅立叶变换红外光谱联用实验。与色散型红外光谱仪相比，干涉型傅立叶变换红外光谱仪光通量大，检测灵敏度高，能够检测微量组分，而且由于多路传输，可同时获取全频域光谱信息，其扫描速度快，可同步跟踪扫描气相色谱馏分。70年代，窄带汞镉碲(MCT)检测器代替了热释电(TGS)检测器，内壁镀金硼硅玻璃光管代替了早期的不锈钢光管，这两项关键技术使气相色谱-红外光谱联用技术进入了实用阶段。这些突破性的发展，使GC-FFIR联用仪器的检测限降低了大约3个数量级，进入商品化生产阶段。二气相色谱与红外光谱联用系统组成及工作原理 GC-FIR联用系统主要由气相色谱、接口、红外光谱、计算机数据系统四个单元组成，其工作原理是：红外光线被干涉仪调制后会聚到加热的光管气体池入口，经过光管镀金内表面的多次反射到达探测器；另一方面，样品经过色谱柱的分离，色谱馏分将按照保留时间顺序通过光管，在光管中选择性吸收红外辐射，计算机系统采集并存储来自探测器的干涉图信息，并作快速傅立叶变换，最后得到样品的气相红外光谱图。在色谱红外联用系统中, 从色谱柱中洗脱出来的组分被自动地输送到样品池,让实验人员摆脱了以往从色谱馏分中收集样品的麻烦，也保证了样品在不受破坏的条件下进行红外光谱分析，这是“脱机”检测无法比拟的。试样经气相色谱分离后各馏分按保留时间顺序进入接口。1接口是联用系统的关键部分。目前已有光管接口和冷冻捕集接口两种类型，后者可以使联机系统具有更高的信噪比，但由于其价格昂贵，至今普遍使用的仍是相对廉价的光管接口。目前普遍采用的是Azarrag光管，为内表面镀金的硼硅毛细管。红外光线经镀金内壁的多次反射，有效地增加了光管的长度。根据Beer定律，光程增加，吸收值相应增加，提高了检测灵敏度，而且金的化学惰性可以防止样品在高温下分解。因为光管型GCFIR操作简便，价格相对低廉，所以至今普遍使用的仍是光管接口。光管接口一般包括传输线(transfer line)、光管(1ight pipe)、加热装置及汞镉碲(MCT)检测器。接口的出口端可直接放空或进一步联接到气相色谱仪的氢火焰检测器或热导检测器等，可同时得到各种气相色谱图。 三 GC-FTIR数据处理系统提供的信息 (一)色谱图 色谱图是由GC-FTIR得到的色谱图谱称重建色谱图，它是将检测器记录的干涉图经过计算机处理后的结果，主要有官能团色谱图、总吸收度重建色谱图、Gram-Schmidt重建色谱图。 (二)红外光谱图 红外光谱图表征着化合物分子中各基团的吸收频率及其强度。利用红外光谱图可以鉴定其化学结构。 (三)色谱保留值 色谱保留值可以作为红外光谱定性的重要辅助依据。特别是当鉴定象同系物等分子结构内有不同数目的重复单元的化合物时，尤为重要。因为这类化合物的红外光谱特征十分相似，而它们的色谱保留值却存在着显著差异。 (四)GC-FTIR谱库检索 目前，商用GC-FTIR仪器一般都带有谱图检索软件，可以对GC馏分进行定性检索。将得到的GC馏分气态红外光谱图与计算机中储存的气态红外标准谱图进行比较，以实现未知组分的确认。但目前由于化合物的气态红外标准谱图数目有限，使其应用受到限制。四气相色谱与红外光谱联用的应用领域GC-FTIR广泛应用于天然产物挥发油分析(药用挥发油分析)，例如中草药的挥发油成分一般都很复杂，常常含有异构体，在对其进行结构鉴别时GC-MS具有一定的局限性，而GC-FTIR可以提供准确的信息。还应用于香精香料分析，石油化工分析、环境污染分析(包括毒物检测、废水分析、空气污染物分析、农药分析)等。另外，燃料分析(煤与石油分馏产物的分析)也广泛使用了GC-FTIR联用技术。 (一)在鉴定芳香族聚酯纤维中的应用 刘文莉等2运用红外光谱和热裂解气相色谱质谱技术对芳香族聚酯纤维所进行鉴别。单纯的红外光谱鉴别有一定的局限性，难以鉴别那些含有相同化学特征基团的合成纤维，例如芳香族聚酯类中的聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）和聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）。对于这类特征基团相同的物质，热裂解气相色谱质谱联用技术能够对材料高温裂解后的小分子进行定性和定量分析，再结合各种聚酯纤维的热分解机理以及分解后的特征产物情况能够快速准确鉴别这三种纤维。 (二) 在石油方面的应用 多年来气相色谱的发展推动了石油和石化的发展，反过来石油和石化的发展又促进了气相色谱的前进和发展，气相色谱在石油和石化领域有着极大的应用场所。所以气相色谱在石油和石化分析中的应用长盛不衰，近年来气相色谱和红外光谱在石油和石化分析中的应用研究颇受青睐。气相色谱法被广泛用于溢油品特性的分析，该技术鉴别溢油具有分离效能高、选择性好、灵敏度高、快速等特点，但气相色谱法有时掩盖了不同油种之间的细微差别且重油的色谱也难以分辨,对各类机油和沸点在300 以上的成分难以区分。 (三)在微生物中的应用 杨华等3色谱/红外光谱联用法鉴定厌氧菌，该方法由色谱部分实现对混合组分的分离, 由红外部分实现对单一组分的定性、定量分析。武俊等9应用GC-MS和GC-FIIR对细菌CDS-1降解呋喃丹的产物进行了分析，确定在呋喃丹降解后期产生的具有刺激性气味的物质的主要成分为藏茴香酮。五气相色谱与红外光谱联用的研究进展随着仪器与计算机的发展，计算机差谱技术得到应用，通过光谱差减，可以把混峰光谱进行剥离，从而有可能对混峰进行完全鉴定，甚至也有可能对GC本身没有分开的峰进行剥离鉴定。GC-FTIR联用技术得到了空前的发展，应用领域越来越广泛，发挥着重要作用，尤其在异构体的分离与鉴定方面有其他分析方法无可比拟的优越性。GC/FTIR在药物分析中已得到广泛应用，并具有美好前景。GC-FTIR联用技术在化合物定性方面是GC-MS的重要辅助手段，GC-MS在化合物定性中广泛使用主要基于的优点有：灵敏度高，具有强大的标准谱图数据库方便检索。但是，仅仅依靠GC-MS得到的结果对化合物进行定性并不十分充分，其缺点有：不能够区分异构体；有时候计算机给出的几个化合物具有相似的检索相似度，难以判断结果。而红外光谱在化合物定性方面的优点有：能够提供化合物完整的结构信息，能够区分异构体，每种化合物都具有唯一的红外光谱图。这些特性使得GC-FTIR成为GC-MS的重要补充，二者的结合是化合物定性更加准确。而且红外检测器是非破坏性的，组分在经过红外检测后可以继续进行质谱检测，实现GC-FTIR-MS联用，进一步提高检测结果的可靠性。六结论色谱联用技术还有着很大的发展空间，新的色谱联用技术有待探索使用，如色谱联分离技术和元素特征检测技术的联用形成了HPLCICPMS。色谱联用技术已克服了传统色谱检测器信息量不够的缺点，提供了可靠、精确的相对分子质量及结构信息，并简化了试验步骤，节省了样品的准备时间和分析时间，有着广泛的应用前景，可以相信，各种新型色谱联用技术的广泛应用必将对现代研究起到重要的推动作用。 参考文献1 徐新元，气相色