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主题:【原创】保留指数应用17--超出正构烷保留时间范围的保留指数计算办法探讨

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保留指数应用17--超出正构烷保留时间范围的保留指数计算办法探讨




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
本篇粗略讨论超出正构烷保留时间范围的保留指数计算。
    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)



(17)超出正构烷保留时间范围的保留指数计算办法探讨




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-C30正构烷混合标准物来自上海安谱。
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240℃,保持20 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:1515V。
1.4 标样配制
正构烷混合标准混合物,用正戊烷稀释至约0.05%浓度。
2 结果与讨论

2.1 正构烷保留时间和保留指数

表 1 正构烷保留时间和保留指数

AlkaneC No保留时间定义保留指数
正构烷正构烷碳数RT(min)RI
正辛烷84.112800
正壬烷94.76900
正癸烷105.921000
碳11烷117.8111100
碳12烷1210.5151200
碳13烷1313.891300
碳14烷1417.6591400
碳15烷1521.5751500
碳16烷1625.3691600
碳17烷1729.2631700
碳18烷1832.9141800
碳19烷1936.4211900
碳20烷2039.782000
碳21烷2142.9962100
碳22烷2246.0862200
碳23烷2349.0552300
碳24烷2451.9062400

   
********************************************************
      2.2超出正构烷保留时间范围的保留指数计算举例
2.2.1超出正构烷保留时间的计算公式

按照保留指数定义,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,根据组分前后正构烷和组分的保留时间来计算保留指数。即根据计算两个正构烷中间化合物的保留指数。但超出正构烷的保留时间能不能计算或估算保留指数呢?怎样计算或估算呢?
保留指数计算的基本公式(3)为IRT=100Z+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)] (线性程序升温)。
这个公式是用来计算两个正构烷中间化合物的保留指数。那么对于只是知道化合物前面的正构烷保留时间怎样来计算保留指数呢?公式(3)需要根据变化而改为:
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)] (5)
式(5)中:RTR(x)RTR(z)RTR(z+1)分别代表组分及组分前面碳数为Z,Z+1正构烷的保留时间。且RTR(z)<RTR(z+1)< RTR(x)
注意这个意义和正常计算保留指数的公式和式中意义不同,不可混淆。
同样,对于只是知道化合物后面的正构烷保留时间怎样来计算保留指数呢?公式(3)需要根据变化而改为:
IRTl=100Z+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)] (6)
式(6)中:RTR(x)RTR(z)RTR(z+1)分别代表组分及组分前面碳数为Z,Z+1正构烷的保留时间。且<RTR(x)<RTR(z)<RTR(z+1)
注意这个意义和正常计算保留指数的公式和前面正构烷的计算公式和式中意义不同,不可混淆。
2.2.2计算举例

表2 部分化合物保留时间和正常测定计算的保留指数

Name保留时间前后正构烷计算保留指数  
化合物名称RT(min)RI  
Linalool芳樟醇23.4831549  
benzyl  alcohol苯甲醇35.9991888  
Triactin三醋酸甘油酯41.9992069  
   
***********************************************************
2.2.2.1 Linalool芳樟醇的保留指数计算
例1. 利用前面正构烷的保留时间计算保留指数:
芳樟醇的保留时间为23.483min,前面两个正构烷的保留时间分别为:C14----17.659min;C15----21.575min(参见表1 )。假定这里我们不知道芳樟醇后面的C16正构烷的保留时间。带入数据公式(5)进行计算:
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*15+100*(23.483-21.575)/(21.575-17.659)=1549
和实际利用芳樟醇前后正构烷时间计算的保留指数1549是一样的。
例2. 利用后面正构烷的保留时间计算保留指数:
芳樟醇的保留时间为23.483min,后面两个正构烷的保留时间分别为:C16----25.369min;C17----29.263min(参见表1 )。假定这里我们不知道芳樟醇前面的C15正构烷的保留时间。带入公式(6)数据进行计算:
IRTl=100Z+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*16+100*(23.483-25.369)/(29.263-25.369)=1552
和实际利用芳樟醇前后正构烷时间计算的保留指数1549很接近。
2.2.2.2 Benzyl alcohol苯甲醇的保留指数计算
例3利用前面正构烷的保留时间计算保留指数(保留时间值参见表1和表2):
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*18+100*(35.999-32.916)/(32.916-29.262)=1884
和实际利用苯甲醇前后正构烷时间计算的保留指数1888很接近。
例4利用后面正构烷的保留时间计算保留指数(保留时间值参见表1和表2):
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*19+100*(35.999-36.421)/(39.780-36.421)=1887
和实际利用苯甲醇前后正构烷时间计算的保留指数1888几乎一样。
2.2.2.3 Triacetin三乙酸甘油酯的保留指数计算
例5 利用前面正构烷的保留时间计算保留指数(保留时间值参见表1和表2):
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*20+100*(41.999-39.780)/(39.780-36.421)=2066
和实际利用三乙酸甘油酯前后正构烷时间计算的保留指数2069很接近。
例6 利用后面正构烷的保留时间计算保留指数(保留时间值参见表1和表2):
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*21+100*(41.999-42.996)/(46.086-36.42.996)=2068
和实际利用三乙酸甘油酯前后正构烷时间计算的保留指数2069几乎一样。
以上计算结果汇总如表3。

表3. 超出正构烷保留时间范围的保留指数计算结果

Name保留时间前后正构烷计算保留指数前面正构烷计算保留指数后面正构烷计算保留指数
化合物名称RT(min)RIRIfRIl
Linalool芳樟醇23.483154915491552
benzyl  alcohol苯甲醇35.999188818841887
Triactin三醋酸甘油酯41.999206920662068
   
*****************************************************
2.2.2.4 一个网友的数据计算应用举例
用GC-MS测定了C8-C20,但目标化合物的保留时间超过了C20的出峰时间,问这样的情况是真么计算保留时间。C20时间30.23,目标化合物时间:40.11。C19时间28.608。升温程序,初温50,保持5min,6℃/min升温至250保持1min。
即C19保留时间28.608min;C20保留时间时间30.23min,目标化合物保留时间:40.11min。根据程序升温目标物出峰还在线性升温之中。
只是一个知道前面正构烷的保留时间计算保留指数的情况,可以用格式(6)来进行估算:
IRTf=100(Z+1)+100[RTR(x)-RTR(z)]/[RTR(z+1)-RTR(z)]
=100*30+100*(40.11-28.608)/(30.23-28.608)=3709
目标物的保留时间和C30的保留时间相差较大,不只是1个2个正构烷碳原子,差不多7个碳原子,只能估算一下。有条件还是购买涵盖整个目标物范围的正构烷使结果更为准确直接。
2.3 正构烷保留时间和保留指数的关系
利用表1 正构烷数据进行作图。

图 正构烷保留时间和保留指数的关系



*****************************************
从上面的正构烷保留时间和保留指数的关系图可以看出,10个碳以上的关系曲线接近直接线性,这就是能够对超出正构烷的保留时间进行计算保留指数的理论依据。C10以下的正构烷的保留时间可能受死时间影响大一些,无法呈线性,不好计算。实际上碳数低的计算意义也不大,可以忽略。
本篇对超出正构烷的保留时间计算保留指数进行粗浅探讨。如果不妥,请各位老师批评指正。
参考文献:

    宋国新,余应新,王林祥,等.香气分析技术与实例. 北京:化学工业出版社,2008: 124-126



RosariaC, Maria Rosa DF, Maria RV, et al. Reliable Identification ofTerpenoids and Related Compounds by using Linear Retention IndicesInteractively with Mass Spectrometry Search. Natural Product Communications.2007, 2(4): 413-418
  Zhao CX, Liang Y-Z, Fang H-Z, LiX-N,(2005)Temperature-programmed retention indices forgas chromatography-mass spectroscopy analysis plant essential oil. Journal of ChrmatographyA, 1096, 78-85
  Kovats E. (1958),Gas-chromatographische Charakterusierungorganischer  Verbindungen .Teil 1:1I.Retentionsindices alipphatischer Halogenide, Alkohole, Aldehyde und KetoneHelvetica Chimica Acta, 41, 1915-1032,
  Van den Dool H, Kratz PD.(1963) A generation of retention index system including linear temperature programmedgas-liquid partition chromatography, Journal of Chromatography, 11, 453-471.
    JunZhang, Aiqin Fang, Bing Wang. Etc. (2011). J Chromatography 1218(37)6522-6530.
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感觉有点延推法的意思。
有道理,是有点推延法的意思。
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10个碳以上的成线性,那定性的话就有新的根据了。
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10个碳以上的成线性,那定性的话就有新的根据了。
谢谢,C10以上是线性的是这个方法的依据基础,是可行的。
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感觉有点延推法的意思。
是的,可以利用曲线推延前后的正构烷保留时间,从而计算前或后面的化合物的保留指数。
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非常实用,可以在多行业的研究中用到!
谢谢,在有些情况是个方法,可以进行应用的。
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感觉有点延推法的意思。
是的,可以利用曲线推延前后的正构烷保留时间,从而计算前或后面的化合物的保留指数。
只要正构烷出峰是线性的就好办,推延一下就能估计。
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只要正构烷出峰是线性的就好办,推延一下就能估计。
是这样的,线性程序升温同系列出峰是线性的。