主题：【原创】保留指数应用（8）----恒流和恒压模式下的保留指数对比

保留指数应用（8）----恒流和恒压模式下的保留指数对比

保留指数作为气质定性一个强有力的辅助手段，在天然香精油，香气香味材料，香精产品等的分析鉴定中广泛应用。当然应用范围远不止这些。
对于异构体，同系物和结构特征相似的化合物，由于其质谱图非常相似，谱库检索结果匹配度，排列次序都很接近，检索给出的顺序也不一定正确。但它们的保留时间可能会不同，但保留时间只能在特定色谱条件下不变，而保留指数在固定相相同下有可比性。虽然在相同的柱子上和相同的色谱条件下，两个不同的化合物的保留指数有可能相同。但两个化合物同时具有相同的保留指数（或保留时间）和相同的质谱图的不可能性极小。虽然保留时间也可以帮助确认，但保留时间会随着柱子使用的不同阶段新旧等因素而变化，但保留指数是和固定相为主要因素的一个值，相对比较固定不变。所以才有保留指数辅助定性更具有优势。在谱库检索的基础上，用保留指数来确认结果。是一种很重要的手段。
本篇主要是粗略考察程恒流和恒压模式下的保留指数对比。
    附：基本概念
保留指数retention index或KovatsIndex（RI或KI）概念是由Kovats在1958年提出。是把组分的保留值用两个分别前后靠近它的正构烷烃来标定（这比仅用一个参比物质的相对保留值定向更为精确）。正构烷烃的保留指数规定为等于该烷烃分子中碳原子数的100倍。例如正己烷的RI为600，正庚烷为700，正十五烷为1500.正构烷烃的RI与所用的色谱柱，柱温及其它操作条件无关。）
保留指数（RI）的计算公式如下：
I=100Z+100[logt’_R(x)- logt’_R(z)]/[logt’_R(z+1)- logt’_R(z)] (恒温分析)
式中：t’_R为校正保留时间;
Z和Z+1分别为目标化合物（X）流出前后的正构烷烃所含碳原子的数目;
这里：t’_R(z) < t’_R(x)<t’_R(z+1), 一般正构烷烃所含碳原子的数目Z大于4.
以上的保留指数（RI）的计算只用于恒温分析。对于沸点范围较宽的复杂组分混合物的分析，一般采用程序升温的方法。在程序升温时，组分的保留指数的测定有所不同。两者有差异，需要校正。
1963年Van Den Dool 等经过推算（详细的推导过程略）引入线性程序升温保留指数的概念。
I^T=100Z+100[T_R(x)-T_R(z)]/[T_R(z+1)-T_R(z)] (线性程序升温)
    式中：T_R(x)，T_R(z)，T_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1正构烷的保留温度。且T_R(z)<T_R(x)<T_R(z+1)。

    一般讲，保留温度的测量比保留时间的测定要麻烦一点。由于保留温度和保留时间通常具有高度的相关性，所以用保留时间代替上式中的保留温度来进行计算保留指数。
I^RT=100Z+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/[RT_R(z+1)-RT_R(z)] (线性程序升温)
式中：RT_R(x)，RT_R(z)，RT_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1正构烷的保留温度。且RT_R(z)<RT_R(x)<RT_R(z+1)。
1 试验部分
1.1 仪器与装置
美国安捷伦6890N/5975C气相色谱-质谱联用仪，带有德国Gerstel的MPS2多功能自动进样系统。
1.2标样
所有香气化合物标准品均来自Sigma-Aldrich等主要试剂公司，少数为实验室内部精制标样。C6_C26和C7-C30正构烷烃来自安谱公司。香气化合物均配成0.05-0.1%的特丁基甲醚稀释液，正构烷为0.05%的正戊烷溶液。
1.3GC/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱：
（1）极性柱子：安捷伦HP-Innowax (60m×0. 25 mm( i.d.)×0.25μm)毛细管柱；
升温程序： 60℃，以3 ℃/min升至250℃，保持一定时间至所以组分流出；
载气（He,纯度99.999%以上），
恒流模式：流速1.9mL/min; 恒压模式：34.40psi（柱温60度时柱流速1.9 mL/min）
进样口温度250℃，分流进样，分流比100:1;进样量：1μl。
（2）非极性柱子：安捷伦DB-5MS (30m×0. 25 mm( i.d.)×0.25μm)毛细管柱；
升温程序： 60℃，以3 ℃/min升至250℃，保持一定时间至所以组分流出；
载气（He,纯度99.999%以上），
恒流模式：流速1.8mL/min; 恒压模式：22.20psi（柱温60度时柱流速1.8 mL/min）
进样口温度250℃，分流进样，分流比100:1;进样量：1μl。

1.3.2质谱条件:
电子轰击（EI）离子源；电子能量70eV；传输线温度280℃；离子源温度230℃；四级
杆温度150℃，EMV：1378V。SCAN扫描范围：29-400。
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2. 分析结果及讨论
2.1 极性柱子恒流恒压模式正构烷标样结果
在上述1.3的相同条件下，进C7-C30或C6-C26正构烷烃标样，得到其保留时间，用于计算其它化合物的保留指数。

图1  极性柱子，恒流模式，60℃，以3 ℃/min升至250℃的正构烷（C8-C30）总离子色谱图TIC
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表1.  极性柱子，恒流模式，60℃，以3 ℃/min升至250℃的正构烷(C8-C30)数据表：

正构烷名称	RI	RT(min)
OCTANE	800	4.126
PROPANONE	810	4.078
NONANE	900	4.756
DECANE	1000	5.886
UNDECANE	1100	7.742
DODECANE	1200	10.410
TRIDECANE	1300	13.765
TETRADECANE	1400	17.533
PENTADECANE	1500	21.449
HEXADECANE	1600	25.353
HEPTADECANE	1700	29.154
OCTADECANE	1800	32.822
NONADECANE	1900	36.343
EICOSANE	2000	39.724
HENEICOSANE	2100	42.966
DOCOSANE	2200	46.069
TRICOSANE	2300	49.059
TETRACOSANE	2400	51.940
PENTACOSANE	2500	54.713
HEXACOSANE	2600	57.377
HEPTACOSANE	2700	59.954
OCTACOSANE	2800	62.449
NONACOSANE	2900	64.948
TRIACONTANE	3000	67.812

图2  极性柱子，恒压模式，60℃，以3℃/min升至250℃正构烷总离子色谱图TIC

表2.  极性柱子，恒压模式，60℃，以3 ℃/min升至250℃的正构烷数据表：

正构烷名称	RI	RT(min)
OCTANE	800	4.212
NONANE	900	4.864
DECANE	1000	6.041
UNDECANE	1100	7.975
DODECANE	1200	10.818
TRIDECANE	1300	14.390
TETRADECANE	1400	18.419
PENTADECANE	1500	22.626
HEXADECANE	1600	26.820
HEPTADECANE	1700	30.905
OCTADECANE	1800	34.803
NONADECANE	1900	38.641
EICOSANE	2000	42.278
HENEICOSANE	2100	45.716
DOCOSANE	2200	49.101
TRICOSANE	2300	52.270
TETRACOSANE	2400	55.403
PENTACOSANE	2500	58.328
HEXACOSANE	2600	61.196

由于恒压模式下流量随着柱温升高而下降，从柱温60度到250度流量从1.9ml/min下降到约0.9ml/min，从而分离时间加长不少，出峰慢一些。例如C26在恒流模式下在57.377min出峰，而在恒压模式下在61.196min出峰。
2.2. 极性柱子恒流恒压模式保留指数的对比
部分香气化合物的保留指数（极性柱子）结果
线性程序升温保留指数计算公式：
I^RT=100Z+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/[RT_R(z+1)-RT_R(z)] (线性程序升温)
式中：RT_R(x)，RT_R(z)，RT_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1正构烷的保留温度。且RT_R(z)< RT_R(x)<RT_R(z+1)。
用上面的线性程序升温保留指数计算公式来计算化合物的保留指数如下：

		RT(min)	RI	RI	RT(min)
No	Compounds Name	极性恒压	极性恒压	极性恒流	极性恒流
1	ETHYL ACETATE	4.803	889	892	4.727
2	ALCOHOL	5.306	937	937	5.185
3	ETHYL PROPIONATE	5.576	959	961	5.484
4	PINENE, ALPHA-	6.598	1028	1028	6.415
5	ETHYL BUTYRATE	6.774	1037	1038	6.651
6	CAMPHENE	7.47	1073	1072	7.244
7	PINENE, BETA-	8.477	1117	1116	8.197
8	MYRCENE	9.82	1164	1164	9.471
9	LIMONENE	11.129	1208	1208	10.697
10	ETHYL CAPRONATE	12.099	1235	1236	11.744
11	TERPINENE, GAMMA-	12.63	1250	1250	12.105
12	CYMENE, P-	13.573	1276	1276	12.987
13	HEXYL ACETATE	13.5	1274	1276	13.07
14	TERPINOLENE	13.983	1288	1288	13.37
15	ALDEHYDE C 8	14.224	1295	1294	13.601
16	HEXENYL ACETATE, 3Z-	15.223	1320	1322	14.7
17	METHYL HEPTENONE, 6,5,2-	16.093	1342	1343	15.507
18	ALCOHOL C 6	16.463	1351	1352	15.849
19	HEXENOL, 3E-	16.936	1364	1364	16.304
20	HEXENOL, 3Z-	17.848	1385	1387	17.155
21	ALDEHYDE C 9	18.381	1398	1398	17.478
22	HEXENOL, 2E-	18.688	1406	1408	17.944
23	ACETIC ACID	20.57	1450	1454	19.766
24	LINALOOLOXIDE	21.567	1475	1474	20.46
25	CITRONELLAL	21.972	1484	1483	20.82
26	ALDEHYDE C10	22.72	1502	1502	21.563
27	BENZALDEHYDE	23.988	1532	1534	22.873
28	PROPANOIC ACID	24.299	1539	1543	23.238
29	LINALOOL	24.635	1547	1548	23.33
30	DIETHYL MALONATE	26.03	1580	1583	24.808
31	PROPYLENE GLYCOL, 1,2-	26.443	1590	1593	25.167
32	CARYOPHYLLENE	26.985	1603	1601	25.417
33	ISOPHORONE	26.943	1602	1602	25.539
34	BUTYRIC ACID	28.01	1628	1632	26.682
35	CITRONELLYL ACETATE	29.468	1664	1667	27.973
36	NERAL	30.464	1688	1687	28.678
37	TERPINEOL, ALPHA-	30.717	1700	1698	29.117
38	STYROLYL  ACETATE	31.38	1706	1709	29.566
39	NERYL ACETATE	32.096	1730	1729	30.23
40	GERANIAL	32.485	1740	1738	30.56
41	BENZYL ACETATE	32.291	1735	1737	30.592
42	GERANYL ACETATE	33.254	1759	1758	31.31
43	CITRONELLOL	33.497	1766	1768	31.733
44	NEROL	34.886	1801	1799	32.829
45	PHENYLETHYL ACETATE, 2-	35.688	1822	1824	33.725
46	GERANIOL	36.626	1847	1846	34.46
47	CAPRONIC ACID	36.574	1845	1850	34.634
48	PHENYLETHYL ALCOHOL, 2-	39.201	1914	1918	36.99
49	MALTOL	41.189	1969	1971	38.79
50	FURANEOL	43.491	2035	2039	41.001
51	TRIACETIN	44.942	2077	2076	42.199
52	THYMOL	48.577	2183	2183	45.552
53	METHYL ANTHRANILATE	50.677	2249	2251	47.581
54	GERANIC ACID	53.446	2337	2335	50.074

从上面看极性柱子在恒流和恒压两种模式的保留指数有一定的变化，但一般变化非常小。酸类化合物似乎变化略大一些，但也很小。这种小的差异不影响两种模式的保留指数的转换和定性。
本次实验共测定了约500多种化合物的保留指数，结果基本和上面一致，差别很小。