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保留指数应用（11）----非极性柱子的直链脂肪酸甲酯（FEMA）计算保留指数

symmacros

2018/08/02
分析者端木精英队

私聊

气质联用（GCMS）

保留指数应用（11）----非极性柱子的直链脂肪酸甲酯（FAME）计算保留指数

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。
上次探讨在极性柱子上面的利用直链脂肪酸甲酯（FAME）来计算保留指数。本篇主要探讨在非极性柱子上面的利用直链脂肪酸甲酯（FAME）来计算保留指数。并讨论和用正构烷烃计算保留指数的区别和相关性。
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。
I^T=100Z+100[T_R(x)-T_R(z)]/[T_R(z+1)-T_R(z)] (线性程序升温) （2）
式中：T_R(x)_，T_R(z)_，T_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1正构烷的保留温度。且T_R(z)R(x)R(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。
I^RT=100Z+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/[RT_R(z+1)-RT_R(z)] (线性程序升温) （3）
式中：RT_R(x)_，RT_R(z)_，RT_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1正构烷的保留时间。且RT_R(z)R(x)R(z+1)_。
保留指数与保留时间的转换
从I^T=100Z+100[T_R(x)-T_R(z)]/ [T_R(z+1)-T_R(z)]（3）式可以导出：
T_R(x)= [I^T-100Z]*[T_R(z+1)-T_R(z)]/100+T_R(z)（4）

（11）直链饱和脂肪酸甲酯（FAME）计算保留指数2---非极性柱子

一般是使用正构烷烃来计算化合物的保留指数，但也有人使用直链饱和脂肪酸甲酯或某些系列化合物（例如苯系列等）来计算保留指数。脂肪酸甲酯有时候还可能比较容易得到。如果使用直链饱和脂肪酸甲酯计算保留指数，把公式（3）改成
I^RT=100Z+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/[RT_R(z+1)-RT_R(z)] (线性程序升温) （5）
式中：RT_R(x)_，RT_R(z)_，RT_R(z+1)分别代表组分及碳数为Z，Z+1的直链饱和脂肪酸甲酯保留时间。且RT_R(z)< RT_R(x)R(z+1)_。
或者：I^RT=100（Z+N）+100[RT_R(x)-RT_R(z)]/ [RT_R(z+1)-RT_R(z)](线性程序升温) （6）
式中：N为调整的碳数（为了和正构烷计算保留指数校正对应）
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-C24正构烷混合标准物来自上海安谱，直链饱和脂肪酸甲酯标品来自上海甄准。TBME来自安谱。
1.3 gc/MS条件

1.3.1 色谱条件:
色谱柱： DB-5MS (30m×0. 25 mm ( i.d.)×0.25μm)毛细管柱；
升温程序： 60℃保持0 min，以5 ℃/min升至250℃，保持30 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：1660V。
1.4 标样配制
正构烷混合标准混合物，直链饱和脂肪酸甲酯标准混合物和香气化合物化合物标准稀释配制在TBME中，约0.1%浓度。
2 结果与讨论

表1 正构烷和直链饱和脂肪酸甲酯测定的保留时间和其保留指数对照表（非极性柱子）

正构烷保留指数				直链饱和脂肪酸甲酯(FAME)保留指数
		保留时间	定义保留指数			保留时间	定义保留指数	校正定义保留指数	正构烷计算的保留指数
正构烷	正构烷碳数	RT(min)	RI	FEMA	FAME碳数	RT（min)	RIfema	RIfema_c (N=2)	RIa
正庚烷	7	2.258	700	丁酸甲酯	5	2.268	500	700	703
正辛烷	8	3.061	800	戊酸甲酯	6	3.154	600	800	808
正壬烷	9	4.442	900	己酸甲酯	7	4.545	700	900	906
正癸烷	10	6.437	1000	庚酸甲酯	8	6.566	800	1000	1006
碳11烷	11	8.866	1100	辛酸甲酯	9	9.116	900	1100	1110
碳12烷	12	11.483	1200	壬酸甲酯	10	11.707	1000	1200	1209
碳13烷	13	14.113	1300	癸酸甲酯	11	14.253	1100	1300	1306
碳14烷	14	16.688	1400	碳11酸甲酯	12	16.875	1200	1400	1409
碳15烷	15	19.114	1500	碳12酸甲酯	13	19.335	1300	1500	1510
碳16烷	16	21.442	1600	碳13酸甲酯	14	21.609	1400	1600	1608
碳17烷	17	23.658	1700	碳14酸甲酯	15	23.648	1500	1700	1700
碳18烷	18	25.767	1800	碳15酸甲酯	16	25.896	1600	1800	1807
碳19烷	19	27.777	1900	碳16酸甲酯	17	27.94	1700	1900	1909
碳20烷	20	29.695	2000	碳17酸甲酯	18	29.904	1800	2000	2012
碳21烷	21	31.529	2100	碳18酸甲酯	19	31.711	1900	2100	2111

2.1在非极性柱子上面，正构烷和直链饱和脂肪酸甲酯测定的保留时间也是和其保留指数对比
2.1.1从上面的表可以看出，在线性程序升温时候，在非极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留时间也是基本随碳数等距离增加，和正构烷的出峰时间的趋势一样。和极性柱子是一样的。
2.1.2在非极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留时间和正构烷保留时间的碳数差不多相差2。例如正庚烷和丁酸甲酯的出峰时间差不多。
（注：在极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留时间和正构烷保留时间的碳数差不多相差为5）。
2.1.3在非极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留指数加200和相同碳数的正构烷保留指数很接近。例如丁酸甲酸的碳数是5，自定义保留指数为500，而和正构烷的正庚烷的自定义保留指数700相差200。
（注：而在极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯化合物的保留指数加500和相同碳数的正构烷保留指数很接近。）
2.2 部分挥发性香气化合物保留指数举例
用公式（3），（5）和（6）来计算部分挥发性香气化合物保留指数。

表2在非极性柱子上面部分挥发性香气化合物保留指数举例

	保留时间	正构烷计算保留指数	FAME计算保留指数	FAME计算校正保留指数
化合物名称	RT(min)	RI	RIfema	RIfame_c (N=2)
isoamyl alcohol	2.364	715	511	711
PG	2.524	735	529	729
butyl acetate	3.043	800	588	788
Hexanol	3.804	855	622	822
alpha-pinene	5.124	935	729	929
ehthyl capronoate	5.323	945	738	938
benzyl alcohol	6.712	1012	806	1006
Limonene	6.931	1021	814	1014
gamma-terpinene	7.759	1055	847	1047
Linalool	8.44	1083	874	1074
PEA	8.586	1089	879	1079
methyl salicylate	10.528	1164	955	1155
geranial	12.68	1246	1038	1238
Triactin	14.509	1316	1110	1310
Caroyphenen	16.875	1409	1200	1400
amyl cinnamic aldehyde	22.318	1640	1435	1635
Tonalide	26.661	1845	1638	1838
Benzyl Cinnamate	30.638	2052	1841	2041

从表2看出，在非极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯计算挥发性香气化合物的保留指数加200（FAME校正保留指数，N=2）和相同碳数的正构烷保留指数很接近。在实际应用中可以考虑相互参照参考或甚至相互代用。
（注：在极性柱子上面，直链饱和脂肪酸甲酯计算挥发性香气化合物的保留指数加500（FAME校正保留指数，N=5）和相同碳数的正构烷保留指数很接近。）
可以看出来，对比极性柱子和非极性柱子上面用直链脂肪酸甲酯（FAME）来计算保留指数和正构烷计算保留指数，两者都是一样的相关性，趋势一样，只是相差数不一样。

分
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