全二维气相色谱进阶篇（下）

雪景科技全二维

2018.8.06

作者雪景科技

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全二维气相色谱进阶篇（下）

上次我们讲到对于一个全二维系统的优化涉及到四个主要的方面：

柱系统选择

流量和温度

调制方式

调制周期

下面我们就来详细讨论这几个的选择要点。

柱系统选择

全二维气相色谱有一维柱和二维柱，这两根柱子的选择对于分离结果是至关重要的。这里的选择主要有两个含义，第一是两根柱子的固定相搭配；第二是柱子的尺寸。

首先说固定相搭配，大部分情况下，第一维柱子选用非极性固定相（二甲基聚硅氧烷或带5%苯基的二甲基聚硅氧烷），第二维柱子选用中极性（带35-50%苯基的二甲基聚硅氧烷）或极性柱（聚乙二醇等）。这种情况被称为“正向配置”。非极性柱完全根据挥发性或沸点（volatility）对化合物进行分离；而中极性或极性柱在挥发性的基础上还能根据极性（polarity）进行分离，也就是，中极性或极性柱对化合物分离的参考指标是一个挥发性和极性的组合。

在正向配置中，首先样品中的化合物根据沸点高低依次从一维柱中流出，被调制器采集到的一小部分流出物具有相同（或类似）的沸点，这一部分物质被调制器转移到二维柱再进行分离，而在二维上的分离就完全根据极性进行了（因为挥发性是一样的）。这样一来，一维分离和二维分离完全是独立的分离原理，形成了所谓的“正交分离”过程。

有正向配置，当然就有反向配置。在反向配置中，第一维柱采用中极性或极性柱，第二维柱采用非极性柱。所以在第一维柱同时流出的物质具有相同的挥发性和极性组合值。然后这部分物质在二维根据挥发性再次分离。

大家看到了，在反向配置中，并不是严格意义上的“正交分离”，因为挥发性在两个维度上都发生了作用。不过在实践中，这种方式也有其特有的优点，比如对性质非常接近的烷烃、环烷烃、烯烃等有很好的分离效果，所以也常常用于汽油或柴油分析应用中。

另外，二维柱还可以根据需要使用其他的柱子。例如在风味分析中，很多团队采用手性二维柱，实现了很多手性物质的分离。

对于柱子的尺寸选择，之前已经提到过，一维一般是较长的柱子（30m或60m），二维柱则相对较短（0.5-2.0m）。热调制全二维方法中，如果检测器是处于标准大气压下，二维柱选择比一维柱更小的内径，比如一维0.25mm，二维0.18mm或0.10mm，更有利于二维分离和流量匹配；如果检测器处于真空，也可以选择和一维同样内径的二维柱。而在气流调制中，二维柱一般选择和一维柱相同或更大的内径（一般气流调制的检测器都处于大气压下），比如一维0.10mm，二维0.25mm。

雪景科技推出的补气模式可以单独控制一维二维的流量，从而使得二维柱的内径选择更加灵活。

流量和温度

流量和温度在常规一维色谱分析中也是重要的参数，而在全二维分析中，它们的作用就更关键了。对于特定的载气，都有最优流量，一般都选择在最优流量附近，以保证最佳的分离效率。

在全二维色谱分析中，如果条件允许，在一维上一般会选用稍微小一点的流量，这样出来的峰宽会增大，因此会被调制器切割更多次，更有利于保持原来一维的分离效果。当然，这样一来，全二维的分析时间也会相应增加20-50%。

不同柱径下的最优一维流量（单位：ml/min）

0.32mm i.d.：1.8-2.6

0.25mm i.d.：1.4-2.0

0.18mm i.d.：1.0-1.4

*He为载气

而对于柱温箱升温速率，则可以借鉴著名的“10℃定律”，也就是让升温速率乘以一维死时间约等于10℃.

这样不仅可以保证最佳的一维分辨率，也可以让同一类化合物在合适的时间流出一维柱进入二维，从而使他们有近似的二维保留时间。这样，这一类物质在二维空间上的排列就是一条水平线，可以最大化利用二维分离空间。不过这样设置的前提是一维柱和二维柱具有相同的径膜比(phase ratio)，否则这个乘积需要进行适当调整。

径膜比(Phase Ratio，β):

是指色谱柱内径和膜厚的比值 β = ID/(4*df)

ID: 色谱柱内径(mm); df: 色谱柱固定相膜厚(mm)

调制方式

调制器的性能和参数设置对全二维色谱分析结果的影响显而易见。最主要的原则是在时间或空间上压缩一维流出物片段，使重进样到二维的峰宽尽可能小。不过不同种类的调制器原理不同，参数设置也千差万别。对于热调制来说，在不影响冷聚的情况下，尽量提高热释放的温度，有助于其二维峰宽的减小。

调制周期

调制周期一般根据二维上分析的最长时间确定，常规都在2-10s之间。如果调制周期过大，对一维的分离效果会造成一定的损失。如果调制周期过短，二维分析的时间超过了调制周期，就会造成后一批的片段和前一批的片段在二维柱同时流出产生干扰，造成所谓的“峰迂回”（wrap-around）。