1.多维色谱的概念
虽然现代毛细管
gc是一种高效分离技术,但对于非常复杂的混合物(如石油样品),仅用一根色谱柱往往达不到完全分离的目的。于是有人提出用多根色谱柱的组合来实现完全分离。第二根色谱柱与第一根具有不同的固定相或选择性。这样,混合物在第一根色谱柱上预分离后,将需进一步分离的组分转移到第二根柱上进行更为有效的分离,这就是多维
gc 的基本思想。
多维技术经历了几十年的发展,特别是1984年Giddings的论文发表后,这方面的研究更为活跃。不仅有
gc-
gc,还有HPLC-
gc、LC-LC联用,显示了
gc 出色的分离能力。有人用多维色谱技术分离了含上千个组分的混合物。事实上
gc/MS也是一种多维分离技术,即第一维为
gc 的保留时间,第二维为MS的质荷比。保留时间坐标轴与质荷比坐标是相互垂直的。与此类似,多维色谱的两维均以保留时间为坐标轴,二者也是相互垂直的。理论上多维分离技术可以从二维到六维,但目前实际研究和应用的多为二维分离技术。我们下面讨论也只限于二维技术,而且仅讨论二维
gc 技术(
gc-
gc)。
2.实现多维
gc的方法
首先我们要明确,只有当第二根色谱柱能提供比第一根色谱柱更为有效的分离,获得更多的定性定量信息时,
gc-
gc才被称为二维技术。实现此目的的途径有两种,一种是采用不同的色谱柱,包括① 柱尺寸不同,如第一
gc用填充柱进行预分离,第二
gc用毛细管柱实现相对完全分离; ②固定相不同,如第一
gc采用非极性固定相将混合物按沸点分为几组,第二
gc采用相对极性的固定相或特殊选择性固定相实现侮组的进一步分离: ③ 相比不同或柱容量不同,如第一
gc柱容量大,对大量的样品进行预分离,第二
gc则采川柱容量相对小但柱效更高的色谱柱对来自第一
gc的样品进行更详细的分离。实现二维
gc的第二种途径是采用不同的操作条件,如不同的柱温程序和不同的载气流速。这往往需要较为复杂的仪器设备,比如要两个柱箱及相互独立的控制系统。
两根
gc柱有多种组合方式。如图所示,其中A是普通单通道
gc系统,可叫做一维
gc,B为双通道并联柱系统,一次进样两根柱同时分析,可以提高工作效率。C为一维双通道检测系统,可进行选择性检测;D为一维串联柱系统,鼓大的总分离能力为两柱之和,但两根柱的固定相若不同,第一柱分离开的组分也可能在第二柱上共流出。E则为二维
gc系统,这里来自第一
gc的组分可被捕集管T收集,然后送入第二
gc作进一步分离。两根柱的固定相不同,尺寸也可以不同,温度和载气流速等操作条件均可独立控制。
3.多维
gc 的目的
无论采用何种方式实现
gc-
gc分离,其目的不外乎下面所列四种:
(1)提高峰容量 采用两根色谱柱,如染其固定相不同,则总的峰容最将远大于两柱单独使用时的峰容量之和,最大峰容量可以是两柱单独使用时峰容量之乘积。故
gc-
gc对非常复杂的混合物的分离是很有用的。
(2)提高选择性如果混合物中只有几种为日标化合物,就采用对这儿种日标化合物有特殊选择性的第二
gc,而第一
gc只是作为预分离方法将目标化合物与其他组分分离。比如异构体、特别是光学异构体的分离,第一
gc采用普通柱进行粗分,然后将相关组分送入第二
gc (如手性柱)进行选择性分离。
(3)提高工作效率在很多情况下,待测目标化合物仅是混合物中少数几种组分,因此,只要这些组分从第一
gc柱流出而进入第二
gc后,第一
gc中的其他组分就可以用反吹或快速升温吹扫等技术放空。与此同时,第二
gc进行目标化合物的分离。这样就大大缩短了分析时间。在制备色谱中,这样做是很有效的。
(4)提高定量精度分离效率提高,定量精度当然也就提高了。特别是痕量分析中,当痕量组分的峰紧挨着溶剂或主成分出峰时,我们可以将只含痕最组分的第一
gc流出物送入第二
gc进行分离。这样,溶剂或主成分的大峰就不会影响痕量组分的定量。
4.多维
gc的模式
目前,多维优的模式大体上分为两类,即部分多维分离和全多维分离。前者指第一
gc图上只有部分组分进入第二
gc进行二次分离。即所骨“中心切割(heat-cutting)”技术。后者则是将第一
gc分离后的所有组分都送入第二
gc进行二次分离,即所谓“完全(comprehensive)
gc-
gc”。这两种模式在仪器要求上有很大的不同,下面就来讨论其仪器构造。