气相色谱——傅里叶变换红外光谱联用技术(GC-FTIR)

1、数据采集三维图形
2、化学图
• 随着色谱峰的绘出和显示器上红外谱图的显现，在FTIR绘 图仪上按设定的“化学窗口”可同步绘出“化学图”，见 下图，直至运行结束。
官 能 团 色 谱 图
3、重建色谱图
• 由GC-FTIR数据重建这种色谱图的方法主要有两种类型： 一种是吸收重建，即将数据采集过程中的全窗口吸收或 某个窗口吸收对数据点进行积分，由此而重建的色谱图
• 实际工作中经常更换光管以适应不同试样的色谱峰体积既 有困难，也是不现实的。一般采用粗调和细调结合的办法 ：粗调指光管的选择，商品光管规格可参见下表，现行毛 细管GC-FTIR联用系统常用内径为1mm、长度为10cm的光管 ；细调指通过改变色谱条件来调整色谱峰体积，或使用稀 释技术，即在色谱柱出口、光管的入口旁添加尾吹气，通 过调节尾吹气量使进入光管前后的色谱峰峰形一致。
两种接口的比较
冷冻捕集接口优点：高信噪比，低检测限： ①基体隔离技术，由于样品分子在液体氩带上以斑点方式隔 离存在，既没有分子间的相互作用又没有分子转动，所以谱 峰尖锐，强度高。
②检测限高。一般样品的检测限在100-200pg之间，对于强 吸收样品，其检测限达到10-50pg。
冷冻收集接口有两个缺点：一是不能实时记录，操作繁琐、 时间长；其二是仪器昂贵，实验费用高，不利于普及使用。
连接管线主要有以下几点要求：
• 为了防止载气中气态样品冷凝，传输线和光管均需加热保 温，也可将其安装在色谱炉内； • 传输管线的内壁是化学惰性的，一般采用石英管、玻璃管 或有惰性内衬的不锈钢管，防止色谱馏分在高温下被管壁 催化分解； • 连接管线的体积尽量小，以便将色谱的柱外效应降到最低 。
GC-FTIR计算机数据采集与处理
②为了满足色谱的分辨能力，往往要牺牲被测馏分在光 管内的浓度和滞留时间。为防止相邻色谱峰在光管中重合， 往往采用稀释技术，即在GC管出口光管的入口旁接尾吹气、 然而这将导致红外光谱测量信号降低和噪音增大。
③为使样品在光管中保持气态，至少要使光管保持与色 谱柱相同的温度。光管温度越高，光能量损失越大。
准谱图比较，以实现未知组分的确认。
• 需要指出的是，各GC-FTIR厂商均可提供气相红外光谱库 相比差距很大，尚难以满足实际检测的需要，还需进一步 的工作来丰富GC-FTIR的谱库。
影响GC-FTIR结果的因素及实验条件的优化
（一）GC参数与操作条件的选择 • 1、色谱柱的选择 • 色谱柱对GC分离效果起着极其重要的作用，对不同试样应 选择涂覆合适固定相的色谱柱。根据色谱学上的相似率， 一般选用与试样具有相似极性的色谱固定相。例如，分离 极性较强的有机酸，可选用极性较大的聚乙二醇柱；对广 谱分析，选用中等极性的SE-54柱等即可。
复杂香精油的分析
• • • • • 气相色谱条件：日本岛津GC-9A气相色谱 PEG-20M交联极性色谱柱（1/2） 柱温：90-230℃，升温速率3℃/min FT-IR谱仪条件：Nicolet GC-IR接口 Nicolet 5 SXC型FTIR光谱仪
共60个色谱馏 分；通过红外 数据库检索， 结果共鉴定出 47个组分，占 色谱馏分总数 的80%
根据红外重建色谱图确定色谱峰的数据点范围或峰尖位 置，然后根据需要选取适当数据点处的干涉图信息进行 傅里叶变换，即可获得相应于该数据点的气态FTIR光谱
图。
基本选定原则是：峰弱选峰尖，峰强选峰旁，混峰选两 边，如若峰况杂，切莫忘差减。
FTIR光谱图的获得
• GC-FTIR谱库检索
• 商用GC-FTIR仪一般均带有谱图检索软件，可对GC馏分进 行定性检测： • 一般是将GC馏分的FTIR光谱图与计算机存储的气态红外标
能 全 面 反 应 色 谱 流 出 情 况 不 能 实 时 检 查
• 干涉图重建，即Gram-Schmidt重建色谱图
矢量差
在实际联机操作中，在数据采集结束后，一般先进行色 谱图重建，借助红外重建色谱图即可以判定试样的组成， 也可以依据该图进行数据处理，使某数据点对应的信息 能得到进一步分析。
FTIR光谱图的获得
影响GC-FTIR结果的因素及实验条件的优化
• 填充柱柱容量较大，但分辨较差，多用于组成简单的混合 物的分析。毛细管柱较长，其优越的分离效能可实现复杂 混合物的分析，其中，商用弹性石英毛细管柱为涂壁开口 管WCOT柱，是GC-FTIR联用普遍采用的柱型。用于联机的 WCOT柱规格主要有三种见表11-6-1。
汞镉碲光导检测器（MCT）
1、必须使用一个灵敏度极高的检测器，这种 特殊检测器还要具有极快的响应速度，以保 证快速变化的色谱信号能被及时检测。 2、现在通用的气相色谱( 红外光谱检测器是 汞镉碲光导检测器（MCT），其特点是灵敏度 高，比检出度（D）较硫酸三苷肽（TGS）热 释电型检测器高一个数量级以上，其信号响 应快，足以跟上最快的毛细管色谱峰的变化 。
GC-FTIR联用的接口
2.冷百度文库捕集接口
• 冷冻捕集接口又称低温 收集器 • 冷冻捕集接口的关键部 分是冷盘。据文献资料 介绍，冷盘直径100mm， 厚6mm，此盘被置于 1.3×10-4Pa（1×106 Torr）的真空舱内，借 助于氦冷冻机将其保持 在12K左右。
两种接口的比较
• 光管接口的优点：实时记录、价格相对便宜、易于操作； • 不足： ①细内径的光管有光晕损失，使光管的透射率下降。
GC-FTIR在未知物剖析中的应用
• GC-FTIR可对未知混合溶剂如稀料等进行快速而有效的分 析，减少了最繁琐的分离提纯过程。
常用商品GC-FTIR联用系统简介
• 一般傅里叶红外光谱仪分为高、中、低三档： 高档仪器波段范围宽，并能通过改变动镜扫描速度来获 得不同分辨率，最高分辨率可在0.1cm-1以下，可实现GCFTIR联用，这类谱仪为了保证其测量精度，常制成真空型和 扫吹型，但因价格昂贵，适用于研究工作； 低档傅里叶红外光谱仪通常仅有一种分辨率，为4cm-1 ，测量波段仅限于4000-400cm-1的中红外波段，不能实现GCFTIR联用； 中档谱仪介于两者之间，可满足一般用户实现GC-FTIR 联用的需要。
（二）接口的影响
光管是GC-FTIR联机系统的心脏部件，也是实现GC-FTIR 联机检测效果的关键。 • 1.光管规格的影响 • GC-FTIR联机检测的关键是使色谱峰体积与光管体积匹 配。一般取试样各组分对应色谱峰的半峰宽体积（ V1/2）。实际上往往要综合考虑多组分色谱峰的存在 ，以及它们之间的分离度问题，一般选用光管体积等 于或略小于色谱峰半峰宽体积的平均值，这就是色谱 峰体积与光管体积的匹配问题。
气相色谱——傅里叶变换红外光谱联用 技术（GC-FTIR）
肖昌贵 110820057 赖志彬 110827001
Contents
1
GC-FTIR联用技术简介 GC-FTIR系统组成 GC-FTIR工作原理分析 GC-FTIR谱图分析及改进
2
3
4
一、GC-FTIR的简介
• 气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技术：简称GC-FTIR， 是通过气相色谱分离待测组分，通过光管到达FTIR检测待 测组分，通过计算机系统输出数据的技术。 • 与色散型红外光谱仪相比： 1、光通量大、检测灵敏度高，能够检测微量组分； 2、可获取全频域光谱信息、扫面速度快、可同步跟 踪扫气相色谱馏分； 3、窄带汞镉碲（MCT）代替硫酸三甘肽（TGS）热释 电检测器，最终实现了GC-FTIR的在线联机检测。
粗径厚膜柱既具有毛细管柱的许多优点，又具备较大的柱 容量，对提高联用系统的灵敏度有利，在GC-FTIR中应用较 广。
影响GC-FTIR结果的因素及实验条件的优化
• 2.进样方式的选择 • 分流进样和不分流进样两种方式。 • 分流进样时，考虑到联机系统的灵敏度一般要比FID约低3 个数量级，为满足联机检测的要求，分流比通常选用10:1 ，甚至4:1。 • 不分流进样方式能将全部试样引入毛细柱，对痕量分析有 利，对GC-FTIR系统灵敏度有利，但会造成柱子负荷与溶 剂干扰加大，对分辨不利，对此，要设法解决溶剂问题或 选用柱容量较大的粗径厚膜柱。
2.光管温度对GC-FTIR联机检测的影响 • 光管温度的高低对联机检测影响很大，光管内镀 金，金在低温下是红外光的良好反射体，一般光 管工作温度应控制在200℃下。
（三）FTIR光谱仪对GC-FTIR联机检测的影响 • 大多数毛细管GC的出峰时间为1-5s，同步跟踪扫描要求麦 克尔逊干涉仪的扫描速度应为1次/s，现行FTIR光谱仪扫 描速度一般可达10次每秒，能在每一时刻同时采集全频域 的光谱信息。扫描速度越快，对GC峰分割测量越细致，对 系统分辨越有利；扫描速度不能太慢，否则对系统分辨不 利。 • MCT检测器分为窄带、中带、宽带三种类型，其中，窄带 检测器的灵敏度大约是宽带MCT的4倍，其覆盖频率范围为 4000-700cm-1，GC-FTIR系统多采用窄带MCT。
• 1.数据采集 联机操作的第一步是数据采集。首先设置操作参数，如 扫描速度、采集时间、采样点数、存储区间等等。 两种方式：一是连续采集方式，即将采集的所有干涉图 信息存储在磁盘上；二是“阈值”采集方式，即人为设置一 “阈值”，当被采集的GC峰在MCT检测器上产生的信号超过 此“阈值”时，采集的数据才被存储在磁盘上。
GC-FTIR联用技术的应用
• 随着GC-FTIR联用技术的不断发展和完善，目前它已成为 复杂有机混合物定性、定量分析的有效手段，在环保、医 药、化工、石油工业、食品、香料和生化等领域得到了广 泛的应用。 • 复杂香精油的分析 • 香料香精是日化产品中的必备原料，其组分复杂、含有同 分异构体。用GC-FTIR联用技术可将一个复杂香精油含有 的组分一一分离，并可以对每个组分进行定性定量分析。
GC-FTIR示意图及原理
气相色谱单元：对 试样进行气相色谱 分离； 联机接口：GC馏分 在此检测； 傅里叶变换红外光 谱仪：同步跟踪扫 描、检测GC各馏分； 计算机数据系统： 控制联机运行及采 集、数据处理。
GC-FTIR联用的接口
• “接口”是联用系统的关 键部分，GC通过接口实现 与FTIR间的在线联机检测 。目前商品化的GC-FTIR 接口有两种类型，光管接 口和冷冻捕集接口。 1、光管 光管是作为GC-FTIR接口 的光管气体池的简称，是 目前应用最广泛的接口