气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用技术

2.冷冻捕集接口
冷冻捕集接口又称低温收集 器，使用这种接口的 GC-FTIR 联 机系统的示意图如左。 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，由高导热系数 的无氧铜材制成，表面镀金，其 侧面抛成精密的圆柱面。此盘被 置于 1.3 × 10 -4 Pa （ 1 × 10 -6 Torr ） 的真空舱内，借助于氦冷冻机将 其保持在12K左右。
＋—确认化合物；*—类别鉴定；-—未检出
Application of GC-FTIR combined technology
GC-FTIR联用技术的应用
3.在药物分析中的应用——
在药用挥发油分析方面，国内外发表的论文相当多。 Wilkins等采用GC-FTIR-MS联用技术进行薄荷油提取物分析， 共分析鉴定了18个组分，并对GC-FTIR-MS联用技术的分析 能力进行了评价。我国邱宁婴等用GC-FTIR研究了薄荷油、 青椒薄荷油、椒洋薄荷油，分离出十几种成分，用气相红 外光谱库对各组分进行了光谱检索，共鉴定出13种成分， 并比较了不同产地的薄荷油的质量。
2.4计算机数据系统
2.GC-FTIR所能得到的信息——
a. 色谱保留值 可以作为红外光谱定性的重要辅助依据。 b. 化学图 c. 重建色谱图 d. FTIR光谱图 一般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。当然，选取适当的数据点是得到质量高的FTIR图 谱的关键。
1.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。
左图共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%，可见GC-FTIR联 用技术是一鉴定复杂香精油挥发组分的有效检测方法。
表4-3 炼油厂废水GC-FTIR与GC-MS检测结果 序号 名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 甲苯 对二甲苯 1-甲基萘 萘 1,4-二甲基萘 对异苯基胺 苯酚 间甲酚 对甲酚 邻甲酚 对仲丁基胺 环己胺 丁酸 戊酸 己酸 GC-FTIR ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ GC-MS 序号 ＋ -* ＋ * -＋ * * * --* * * 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 名称 庚酸 辛酸 十一碳酸 油酸三乙胺 辛二酸 二甲酸 乙基酚 乙基萘 苯磺酸 三甲基萘 茚 蒽 甲基菲 二甲基菲 吡咯 GC-FTIR ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ---------GC-MS * * * * * ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ * * *
冷冻捕集接口—— 优点：高信噪比，低检测限： ①属于基体隔离技术，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。 不足： ①不能实时记录，操作繁琐、时间长； ②仪器昂贵，实验费用高，不利于普及使用。
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。
第三部分
GC-FTIR联用技术的应用
Application of GC-FTIR combined technology
Application of GC-FTIR combined technology
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。
联机检测基本过程为：
试样经气相色谱分离后各馏分按保留时间顺序 进入接口，与此同时，经干涉仪调制的干涉光 汇聚到接口，与各组分作用后干涉信号被汞镉 碲（MCT）液氮低温光电检测器检测。 计算机数据系统存储采集到的干涉图信息，经 快速傅里叶变换得到组分的气态红外谱图，进 而可通过谱库检索得到各组分的分子结构信息。
GC-FTIR仪
2.1 气相色谱单元 气相色谱单元多采用毛细管气相色谱 仪，可带有热导检测器、氢火焰离子 化检测器等，其作用是将混合样品中 各组分进行分离。
2.2 联机接口
“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。后者可以使联机系统具有更高的信噪比， 但由于其价格昂贵，至今普遍使用的仍是相对廉价的光管接口。
1.引言
色谱法的高灵敏度和高分离效率使色谱法成为理想 的分离和定量分析工具。然而从定性分析方面看，通常 只是利用各组分的保留特性来定性，这在待定性的组分 完全未知的情况下进行定性分析较为困难。 红外光谱在有机化合物的结构分析中有着很重要的 作用，而色谱又是有机化合物分离纯化的最好方法，因 此色谱与红外光谱的联用一直是有机分析化学家十分关 注的问题。 红外光谱能够提供极其丰富的分子结构信息，而且 几乎没有两种不同的物质具有完全相同的红外光谱，所 以红外光谱是一种十分理想的定性分析工具。色谱法分 离混合物的优点是红外光谱法的弱点，红外光谱法定性 和定结构分析的优点又是色谱法的弱点，所以气相色谱傅里叶变换红外光谱联用技术联合这两种方法，把色谱 仪作为红外光谱仪的前置分离工具 。
2.3MCT单元与FTIR单元
汞镉碲光导检测器（MCT）单元——
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。 傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）单元—— FTIR单元一般都采用单光路FTIR。
第二部分
GC-FTIR系统的结构组成与工作原理
Structure composition of GC-FTIR system
Structure composition of GC-FTIR system
GC-FTIR系统的结构组成
GC-FTIR系统的结构组成：
（1）气相色谱单元，对试样进行气相色谱分离； （2）联机接口，馏分在此检测； （3）傅里叶变换红外光谱仪，同步跟踪扫描、检测各馏分； （4）汞镉碲光导检测器（MCT），检测快速变化的色谱信 号； （5）计算机数据系统，控制联机运行及采集、处理数据。
气相色谱-傅里叶变换 红外光谱联用技术
目
CONTENTS
01
引言
录
02
GC-FTIR系统的结构组成 及工作原理 GC-FTIR联用技术的应用
03
04
常用商品GC-FTIR联用系 统简介 展望
05
第一部分
引言
Introduction
Chromatography has high sensitivity and high separation efficiency, making chromatography an ideal separation and quantitative analysis tool.
采集开始时，只有载气通过光管等接口，此时从显示器上可以看到，MCT上产生的信号为一平坦直线，类似GC 的基线。百度文库后，数个色谱峰依次通过“接口”，FTIR谱仪跟踪扫描，即采集GC峰，在相应软件的控制下，进行实 时傅里叶变换，此时显示器上实时显示GC馏分的二维或三维气态红外光谱图。
1.数据采集三维图
左图,是联机检测显示 的三维图形，其中X轴 为波数，Y轴为吸光度 值，Z轴为时间，XOY平 面显示的是GC馏分的瞬 时气态红外谱图，沿Z 轴方向显示的是不同时 间采集到的GC馏分的气 态红外谱图，从图形变 化可以看到各色谱峰性 质的区别。
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；二是干涉 重建，即Gram-Schmidt重建色谱图。 其中最普遍应用的是Gram-Schmidt重 建法。 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。
Introduction
• 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。
2.化学图
官能团色谱图
随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”， 见上图，直至运行结束。
这是一种从光谱信息中选取感 兴趣的关于含某种基团化合物 信息的显示图。如，含羰基化 合物中羰基的特征吸收，一般 在1680～1800。若把窗口波段 设在这一区间，色谱各馏分中 只有含羰基的组分才有响应信 号。此时，红外光谱仪成为色 谱的选择性检测器。
根据检测结果可以看出，在分离鉴定的30种化合物 中，有GC-FTIR联用确认的有21种，GC-MS联用确认的有 10种。对酚类同分异构体和羧酸类化合物的鉴定，GCMS联用仅能鉴定类别，而GC-FTIR联用则能提供更多的 结构信息而一一确定，这充分显示了其优越性，而GCMS联用则予以了确认，说明GC-FTIR联用灵敏度低于GCMS联用。此应用实例说明两种连用技术各有所长，在实 际应用中应互补使用。
1.光管接口 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。 光管接口一般包括传输线(transfer line)、光管(1ight pipe)、加热装置及汞 镉碲(MCT)检测器。接口的出口端可直接放 空或进一步联接到气相色谱仪的氢火焰检测 器或热导检测器等，可同时得到各种气相色 谱图。
系统中连接管线的要求—— 1.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； 2.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； 3.连接管线的体积尽量小，以便将色谱的柱外效应降到最低。
2.4计算机数据系统
• 两种接口的比较：
光管接口—— 优点：实时记录、价格相对便宜、易于操作； 不足：GC-FTIR联机测量的信噪比受限。 ①细内径的光管有光晕损失，使光管的透射率下降。 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。
Application of GC-FTIR combined technology
GC-FTIR联用技术的应用
2.炼油厂废水分析——
在水质评价中，有机污染物对人体健康的危害越来 越引起人们的重视。由于有机污染物种类繁多，单纯用 GC无法测定，采用气相色谱-红外光谱联用技术或气相色 谱-质谱联用技术进行分析测定，可获得较为满意的结果。 周文敏等人用毛细管GC-FTIR技术对某炼油厂的废水进行 了分析。