主题：【第十一届原创】保留指数应用（10）----直链脂肪酸甲酯（FEMA）计算保留指数1

保留指数应用（10）----直链脂肪酸甲酯（FAME）计算保留指数1

保留指数作为气相色谱质谱联用分析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、柱子新旧等因素而变化，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。所以使用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。
本篇主要探讨利用直链脂肪酸甲酯（FAME，Fat Acid Methyl Ester）来计算保留指数。并讨论和用正构烷烃计算保留指数的区别和相关性。
    附：保留指数基本概念
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)    （1）
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)              （2）
    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)  （3）
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正构烷的保留时间。且RT_R(z)<RT_R(x)<RT_R(z+1)。
保留指数与保留时间的转换
从I^T=100Z+100[T_R(x)-T_R(z)]/ [T_R(z+1)-T_R(z)]（3）式可以导出：
T_R(x)= [I^T-100Z]*[T_R(z+1)-T_R(z)]/100+T_R(z) （4）

（10）直链饱和脂肪酸甲酯（FAME）计算保留指数1

一般是使用正构烷烃来计算化合物的保留指数，但也有人使用直链饱和脂肪酸甲酯或某些系列化合物（例如苯系列等）来计算保留指数。脂肪酸甲酯有时候还可能比较容易得到。如果使用直链饱和脂肪酸甲酯计算保留指数，把公式（3）改成
I^RT=100Z+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/[RT_R(z+1)-RT_R(z)] (线性程序升温) （5）
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的直链饱和脂肪酸甲酯保留时间。且RT_R(z)< RT_R(x)<RT_R(z+1)。
或者：I^RT=100（Z+N）+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/ [RT_R(z+1)-RT_R(z)](线性程序升温)  （6）
式中：N为调整的碳数（为了和正构烷计算保留指数校正对应）
1试验部分
1.1 仪器与装置
美国安捷伦6890N/5973I气相色谱-质谱联用仪。
1.2样品和标样、试剂
所用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-C24正构烷混合标准物来自上海安谱，直链饱和脂肪酸甲酯标品来自上海甄准。TBME来自安谱。
1.3 gc/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱：HP-Innowax (60m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱；
升温程序： 60℃保持0 min，以3 ℃/min升至250℃，保持26 min；
载气（He, 纯度99.999%以上）流速1.9 mL/min;
进样口温度250℃，分流进样，分流比20:1，进样量1ul；
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℃。SCAN扫描范围：29-400。EMV：1650V。
1.4 标样配制
正构烷混合标准混合物，直链饱和脂肪酸甲酯标准混合物和香气化合物化合物标准稀释配制在TBME中，约0.1%浓度。
2 结果与讨论

表1 正构烷和直链饱和脂肪酸甲酯测定的保留时间和其保留指数对照表

正构烷保留指数					直链饱和脂肪酸甲酯（FAME）保留指数
		保留时间	定义保留指数				保留时间	定义保留指数	校正定义保留指数	正构烷计算的保留指数
正构烷	正构烷碳数	RT(min)	RI		FEMA	FAME碳数	RT（min)	RIfema	RIfema_c (N=5)	RIa
正辛烷	8	4.112	800		乙酸甲酯	3	4.191	300	800	811
正壬烷	9	4.76	900		丙酸甲酯	4	4.818	400	900	906
正癸烷	10	5.92	1000		丁酸甲酯	5	5.851	500	1000	996
碳11烷	11	7.811	1100		戊酸甲酯	6	7.547	600	1100	1087
碳12烷	12	10.515	1200		己酸甲酯	7	10.136	700	1200	1187
碳13烷	13	13.89	1300		庚酸甲酯	8	13.385	800	1300	1286
碳14烷	14	17.659	1400		辛酸甲酯	9	17.32	900	1400	1392
碳15烷	15	21.575	1500		壬酸甲酯	10	21.379	1000	1500	1496
碳16烷	16	25.369	1600		癸酸甲酯	11	25.08	1100	1600	1590
碳17烷	17	29.263	1700		碳11酸甲酯	12	29.3	1200	1700	1700
碳18烷	18	32.914	1800		碳12酸甲酯	13	33.37	1300	1800	1812
碳19烷	19	36.421	1900		碳13酸甲酯	14	36.622	1400	1900	1907
碳20烷	20	39.78	2000		碳14酸甲酯	15	40.134	1500	2000	2010
碳21烷	21	42.996	2100		碳15酸甲酯	16	43.213	1600	2100	2106
碳22烷	22	46.086	2200		碳16酸甲酯	17	46.175	1700	2200	2203
碳23烷	23	49.055	2300		碳17酸甲酯	18	49.682	1800	2300	2320
碳24烷	24	51.906	2400		碳18酸甲酯	19	52.262	1900	2400	2412

2.1 正构烷和直链饱和脂肪酸甲酯测定的保留时间和其保留指数对比
2.1.1从上面的表可以看出，在线性程序升温时候，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留时间也是基本随碳数等距离增加，和正构烷的出峰时间的趋势一样。
2.1.2直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留时间和正构烷保留时间的碳数差不多相差5。例如正辛烷和乙酸甲酯的出峰时间差不多（注，极性柱子，下节讨论非极性柱子）。
2.1.3直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留指数加500和相同碳数的正构烷保留指数很接近。
2.2 部分挥发性香气化合物保留指数举例
用公式（3），（5）和（6）来计算部分挥发性香气化合物保留指数。

表2部分挥发性香气化合物保留指数举例

	保留时间	正构烷计算保留指数	FAME计算保留指数	FEMA计算校正保留指数
化合物名称	RT(min)	RI	RIfema	RIfema_c (N=5)
ethyl acetate	4.631	881	369	869
Ethanol	5.166	935	434	934
alpha-pinene	6.526	1032	536	1036
butyl acetate	6.658	1039	547	1047
Limonene	10.515	1200	711	1211
isoamyl alcohol	10.852	1210	722	1222
ehthyl capronoate	12.034	1245	758	1258
Hexanol	16.001	1356	866	1366
Linalool	23.483	1549	1056	1556
PG	24.729	1581	1090	1590
Caroyphenen	24.924	1586	1095	1595
methyl salicylate	31.271	1755	1251	1751
benzyl alcohol	35.999	1888	1381	1881
Triactin	41.999	2069	1561	2061

从表2看出，直链饱和脂肪酸甲酯计算挥发性香气化合物的保留指数加500（FEMA校正保留指数，N=5）和相同碳数的正构烷保留指数很接近。在实际应用中可以考虑相互参照参考或甚至相互代用。
（下次讨论非极性柱子上面用直链脂肪酸甲酯（FAME）来计算保留指数。并讨论和用正构烷烃计算保留指数的区别和相关性。两者的差别更小。）