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保留指数应用（13）----直链脂肪酸乙酯计算保留指数1（极性柱子）

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2018/09/01
分析者端木精英队

私聊

气质联用（GCMS）

保留指数应用（13）----直链脂肪酸乙酯计算保留指数1（极性柱子）

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。
前面两篇探讨了利用直链饱和脂肪酸甲酯（FAME）计算保留指数的相关问题。本篇主要探讨利用直链脂肪酸乙酯（FAEE, Fat Acid Ethyl Ester）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）

（13）直链饱和脂肪酸乙酯(FAEE)计算保留指数1（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乙酯及某些系列化合物（例如苯系列等）来计算保留指数。脂肪酸乙酯很常见，可能更容易得到。如果使用直链饱和脂肪酸乙酯（FAEE）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的直链饱和脂肪酸乙酯保留时间。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，直链饱和脂肪酸乙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：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250℃，保持26 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：1655V。
1.4 标样配制
正构烷混合标准混合物，直链饱和脂肪酸乙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
采用正构烷保留时间和利用公式（5）和（6）计算脂肪酸乙酯(FAEE)保留指数（正构烷形式），结果如表1。

表1 正构烷和直链饱和脂肪酸乙酯(FAEE)测定的保留时间和其保留指数对照表

正构烷保留指数				直链饱和脂肪酸乙酯（FAEE)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	FAEE	FAEE碳数	RT（min)	RIfaee	RIfaee_c (N=4.4)	RIa
正辛烷	8	4.112	800	乙酸乙酯	4	4.631	400	840	881
正壬烷	9	4.76	900	丙酸乙酯	5	5.457	500	940	960
正癸烷	10	5.92	1000	丁酸乙酯	6	6.582	600	1040	1035
碳11烷	11	7.811	1100	戊酸乙酯	7	8.541	700	1140	1127
碳12烷	12	10.515	1200	己酸乙酯	8	12.034	800	1240	1245
碳13烷	13	13.89	1300	庚酸乙酯	9	15.059	900	1340	1331
碳14烷	14	17.659	1400	辛酸乙酯	10	19.265	1000	1440	1441
碳15烷	15	21.575	1500	壬酸乙酯	11	22.432	1100	1540	1522
碳16烷	16	25.369	1600	癸酸乙酯	12	26.683	1200	1640	1632
碳17烷	17	29.263	1700	碳11酸乙酯	13	30.723	1300	1740	1740
碳18烷	18	32.914	1800	碳12酸乙酯	14	34.141	1400	1840	1835
碳19烷	19	36.421	1900	碳13酸乙酯	15	37.765	1500	1940	1940
碳20烷	20	39.78	2000	碳14酸乙酯	16	41.099	1600	2040	2041
碳21烷	21	42.996	2100	碳15酸乙酯	17	44.418	1700	2140	2146
碳22烷	22	46.086	2200	碳16酸乙酯	18	48.758	1800	2240	2250
碳23烷	23	49.055	2300	碳17酸乙酯	19	50.623	1900	2340	2355
碳24烷	24	51.906	2400	碳18酸乙酯	20	53.551	2000	840	2460

2.1正构烷和直链饱和脂肪酸乙酯测定的保留时间和其保留指数对比
2.1.1从上面的表可以看出，在线性程序升温时候，直链饱和脂肪酸乙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。
2.1.2直链饱和脂肪酸乙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4-5。而不是脂肪酸甲酯的整数值。
2.1.3直链饱和脂肪酸乙酯化合物的保留指数加440和相同碳数的正构烷保留指数很接近。而不是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的情况。
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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。

保留时间	正构烷计算保留指数	FAEE计算保留指数	FEMA计算校正保留指数
化合物名称	RT(min)	RI	RIfaee	RIfaee_c (N=4.4)
ethyl acetate	4.631	881	400	840
Ethanol	5.166	935	495	905
alpha-pinene	6.526	1032	595	1035
butyl acetate	6.658	1039	604	1044
Limonene	10.515	1200	757	1197
isoamyl alcohol	10.852	1210	766	1206
ehthyl capronoate	12.034	1245	805	1245
Hexanol	16.001	1356	822	1362
Linalool	23.483	1549	1125	1565
PG	24.729	1581	1154	1593
Caroyphenen	24.924	1586	1158	1598
methyl salicylate	31.271	1755	1316	1756
benzyl alcohol	35.999	1888	1451	1891
Triactin	41.999	2069	1627	2067

从表2看出，直链饱和脂肪酸乙酯计算挥发性香气化合物的保留指数加440（FAEE校正保留指数，N=4.4）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。但乙酸乙酯的保留指数值相差比较大，偏差较大。
（下次讨论非极性柱子上面用直链脂肪酸乙酯来计算保留指数。并讨论和用正构烷烃计算保留指数的区别和相关性。）