主题:【原创】保留指数应用(9)----利用已知保留指数化合物反推正构烷的出峰时间

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保留指数应用(9)----利用已知保留指数化合物反推正构烷的出峰时间




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。
本篇主要探讨利用已知保留指数化合物来反推正构烷的出峰时间。有时候由于条件限制而无法测定到或得到正构烷系列的保留时间。如果推算估算出这个条件下的正构烷的保留时间,然后利用这些保留时间值去进行其它化合物保留指数的相关计算,这时候可能就非常有用。
    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。
IT=100Z+100[TR(x)-TR(z)]/[TR(z+1)-TR(z)] (线性程序升温)              (2)
    式中:TR(x)TR(z)TR(z+1)分别代表组分及碳数为Z,Z+1正构烷的保留温度。且TR(z)<TR(x)<TR(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。
IRT=100Z+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)] (线性程序升温)  (3)
式中:RTR(x)RTR(z)RTR(z+1)分别代表组分及碳数为Z,Z+1正构烷的保留时间。且RTR(z)<RTR(x)<RTR(z+1)
保留指数与保留时间的转换
从IT=100Z+100[TR(x)-TR(z)]/ [TR(z+1)-TR(z)](3)式可以导出:
TR(x)= [IT-100Z]*[TR(z+1)-TR(z)]/100+TR(z) (4)
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(9)利用已经保留指数化合物反推正构烷的出峰时间


9.1 利用某一化合物的保留指数和相邻正构烷的保留时间来计算此化合物的保留时间
如果要利用某一化合物的保留指数和相邻正构烷的保留时间来计算此化合物的保留时间,还是比较容易,使用公式(4)即可。
例1,利用某一化合物的保留指数和相邻正构烷的保留时间来计算此化合物的保留时间
某化合物的保留指数为1250,前面的正构烷C12的保留时间为12分钟,后面的正构烷C13的保留时间为13分钟,则这个化合物的保留时间为:
TR(x)= [IT-100Z]*[TR(z+1)-TR(z)]/100+TR(z)
=*/100+12=12.5min
***************************************************************************************************************************************
9.2 利用已知保留指数化合物来反推正构烷的出峰时间 1
但如果要利用已知保留指数化合物来反推正构烷的出峰时间,就比较难一些,麻烦一些。
先看看公式(3)
IRT=100Z+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]    (3)
从公式(3)可以导出:
RTR(z) = [(IRT-100Z)* RTR(z+1) /100 - RTR(x)]/[(IRT -100Z)/100 - 1]    (5)
式中:RTR(x)RTR(z)RTR(z+1)分别代表组分及碳数为Z,Z+1正构烷的保留时间。且RTR(z)<RTR(x)<RTR(z+1)
可以从公式(5)看出里面有两个未知项,RTR(z)和RTR(z+1)。这样给计算会带来不便和麻烦。如果要计算前后两个正构烷的保留时间,就必须有两组其它化合物的保留时间和保留指数的数据才能进行计算,比较麻烦一些。
例2. 利用中间两个化合物的保留时间和保留指数来计算前后两端的正构烷的保留时间
第一个化合物X1的保留指数为1250,保留时间是12.5Min,化合物X2的保留指数为1260,保留时间是12.6Min。请问在这两个化合物前后的正构烷的保留时间是多少呢?
把数字代入公式(5):
RTR(z) = [(1250-100*12)* RTR(z+1) -12.5]/=25- RTR(z+1)
RTR(z) = [(1260-100*12)* RTR(z+1) -12.6]/=31.5- RTR(z+1)
解这个二元方程得到:
RTR(z) = 12.0min, RTR(z+1)= 13.0min
***************************************************************************************************************************
9.3利用已知保留指数化合物来反推正构烷的出峰时间 2. 利用前后化合物的数据推算中间的正构烷的保留时间
如果使用公式(5)计算是比较麻烦,未知项更多,公式推导更难,不易计算。需另辟他径来处理。
利用前后已知保留指数的两个化合物来计算中间化合物的保留指数
这种计算和利用前后正构烷来计算类似,
Ix=RI1+[RI(2)-RI1]/ [RT2-RT1]*[RTx-RT1]  (6)
式中:Ix为待计算化合物的保留指数,
RT1 ,RT ,RT2分别为前面化合物,待计算化合物和后面化合物的保留时间,
RI1 ,RI(2)分别为前面化合物和后面化合物的保留指数。
可以理解为前后化合物是一个不是整数的“正构烷”,其保留指数也不是整倍数(100倍),转换格式就可以进行计算了。
从公式(6)可以导出:
RTx =[ Ix - RI1]*[ RI(2)-RI1]/[RT2-RT1]+ RT1      (7)
式中的符号意义可以看做:
RT1 ,RT ,RT2分别为前面化合物,待计算正构烷和后面化合物的保留时间,
RI1 ,RI(2)分别为前面化合物和后面化合物的保留指数。Ix为待计算正构烷的保留指数(已知)。
例3. 利用前后化合物的数据推算中间的正构烷的保留时间
第一个化合物X1的保留指数为1250,保留时间是12.5Min,化合物X2的保留指数为1350,保留时间是13.5Min。请问在这两个化合物中间的正构烷的保留时间是多少呢?
数据带入公式(7)
RTx =[ Ix - RI1]*[ RI(2)-RI1]/[RT2-RT1]+ RT1 =(1300-1250)*(13.5-12.5)、(1350-1250)+ 12.5=13.0min
******************************************************************************************************************************
9.3 完整的C7-C30正构烷保留时间的推算
例 4. 完整的C7-C30正构烷保留时间的推算(略)
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2018/6/18 19:49:54 Last edit by jimzhu
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原文由 sallysally(sallysally) 发表:
公式退到有点烦。
公式推导部分省略了,是比较烦,需要导几次才行。
我是风儿
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原文由 我是风儿(nphfm2009) 发表:
再实际工作中没有用到啊
保留指数可能在一些行业应用较多,一些香精香料,天然油组分鉴定核对可能用到。一般的标准定性定量可能就用不到。
牛二
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朱老师,
如果分析香精成分时,所有的峰都用保留指数来确定,是不是太麻烦了
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原文由 牛二(v2651621) 发表:
朱老师,
如果分析香精成分时,所有的峰都用保留指数来确定,是不是太麻烦了
不麻烦。必须要用保留时间或保留指数来确认一下,但保留指数会随着柱子使用时间或其它因素而变,只是出峰次序一般不变。而保留指数在固定相相同情况下是不会变化的,灵活性好。但必须先测定好保留指数才能用,前期需要一定的工作,这点可能麻烦一下。
bigtiger
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朱老师总结的很好。保留指数在香精香料的分析中是非常重要的,尤其是同分异构体及精油中物质的判断(我们在实际分析中会遇到很多未知物,但又有很多文献资料可以查找。这个时候对比各种信息来源验证的时候,保留指数用处就非常大了。)。如果能确定物质归属(具体化学名以及来源,如精油、香基、合成中间体),这对分析调香师及调香师解读报告将是一大助力,会让你在解读报告的时候有“庖丁解牛”的感觉。不同的香料分析会用到不同的柱子,我这边的经验及做法:正构烷烃的保留指数会上机计算,然后作为每一种属性的柱子的基本指标。平时常见的原料之间的相对保留时间、保留指数都会做笔记;同时,一些商业软件也有对各种原料在不同属性柱子上的保留指数进行标注(有条件的朋友,一定要记得利用)。就像我们在论坛上经常寻求未知物的判读一样,我们在解谱的时候,除了离子解谱外,配合相对保留时间及保留指数,也是对未知物确认的一大依据。一些个人应用见解,感谢朱老师总结分享!
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symmacros
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原文由 bigtiger(v3138164) 发表:
朱老师总结的很好。保留指数在香精香料的分析中是非常重要的,尤其是同分异构体及精油中物质的判断(我们在实际分析中会遇到很多未知物,但又有很多文献资料可以查找。这个时候对比各种信息来源验证的时候,保留指数用处就非常大了。)。如果能确定物质归属(具体化学名以及来源,如精油、香基、合成中间体),这对分析调香师及调香师解读报告将是一大助力,会让你在解读报告的时候有“庖丁解牛”的感觉。不同的香料分析会用到不同的柱子,我这边的经验及做法:正构烷烃的保留指数会上机计算,然后作为每一种属性的柱子的基本指标。平时常见的原料之间的相对保留时间、保留指数都会做笔记;同时,一些商业软件也有对各种原料在不同属性柱子上的保留指数进行标注(有条件的朋友,一定要记得利用)。就像我们在论坛上经常寻求未知物的判读一样,我们在解谱的时候,除了离子解谱外,配合相对保留时间及保留指数,也是对未知物确认的一大依据。一些个人应用见解,感谢朱老师总结分享!
非常感谢,总结的太好了,在香气分析鉴定中应用保留指数作用不小,是一个非常有效的辅助方法。
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