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保留指数应用（14）----直链脂肪酸乙酯计算保留指数2（非极性柱子）

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2018/10/04
分析者端木精英队

私聊

气质联用（GCMS）

保留指数应用（14）----直链脂肪酸乙酯计算保留指数2（非极性柱子）

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。
前面三篇分别探讨了利用直链饱和脂肪酸甲酯（FAME，Fat AcidMethyl Ester）计算极性和非极性柱子计算保留指数，以及利用直链脂肪酸乙酯计算极性柱子的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）来计算非极性柱子的保留指数。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）

（14）直链饱和脂肪酸乙酯(FAEE)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

（非极性柱子）

正构烷保留指数				直链饱和脂肪酸乙酯(FEMA)非极性柱子保留指数
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	FEMA碳数	RT（min)	Rifaee (N=1)	RIfaee_c (N=1.8)	RIa
正庚烷	7	2.258	700	丁酸乙酯	6	2.924	600	780	785
正辛烷	8	3.061	800	戊酸乙酯	7	4.260	700	880	888
正壬烷	9	4.442	900	己酸乙酯	8	6.141	800	980	986
正癸烷	10	6.437	1000	庚酸乙酯	9	8.416	900	1080	1082
碳11烷	11	8.866	1100	辛酸乙酯	10	11.026	1000	1180	1183
碳12烷	12	11.483	1200	壬酸乙酯	11	13.626	1100	1280	1282
碳13烷	13	14.113	1300	癸酸乙酯	12	16.093	1200	1380	1378
碳14烷	14	16.688	1400	碳11酸乙酯	13	18.612	1300	1480	1480
碳15烷	15	19.114	1500	碳12酸乙酯	14	20.965	1400	1580	1580
碳16烷	16	21.442	1600	碳13酸乙酯	15	23.160	1500	1680	1678
碳17烷	17	23.658	1700	碳14酸乙酯	16	25.292	1600	1780	1778
碳18烷	18	25.767	1800	碳15酸乙酯	17	27.305	1700	1880	1877
碳19烷	19	27.777	1900	碳16酸乙酯	18	28.074	1800	1980	1976
碳20烷	20	29.695	2000	碳17酸乙酯	19	31.152	1900	2080	2080
碳21烷	21	31.529	2100	碳18酸乙酯	20	32.905	2000	2180	2179
碳22烷	22	32.282	2200

2.1正构烷和直链饱和脂肪酸乙酯测定的非极性柱子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非极性柱子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非极性柱子保留时间和正构烷保留时间的碳数差不多相差1-2。而不是脂肪酸甲酯的整数值。也不是极性柱子的碳数相差4-5。
2.1.3直链饱和脂肪酸乙酯化合物的非极性柱子保留指数加约180和相同碳数的正构烷保留指数很接近。不是极性柱子保留指数加约440和相同碳数的正构烷保留指数很接近。也不是直链饱和脂肪酸甲酯化合物的非极性柱子的保留指数加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乙酸酯的非极性柱子保留指数举例
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部分挥发性香气化合物乙酸酯的非极性柱子保留指数举例

保留时间	正构烷计算保留指数	FEMA计算保留指数	FEMA计算校正保留指数
化合物名称	RT(min)	RI	Rifaee (N=1)	RIfaee_c (N=1.8)
butyl acetate	3.043	800	609	789
Hexanol	3.804	855	666	846
alpha-pinene	5.124	935	765	945
ehthyl capronoate	5.323	945	757	937
benzyl alcohol	6.712	1012	825	1005
Limonene	6.931	1021	835	1015
gamma-terpinene	7.759	1055	871	1051
Linalool	8.440	1083	901	1081
PEA	8.586	1089	907	1087
methyl salicylate	10.528	1164	881	1061
geranial	12.680	1246	1064	1244
Triactin	14.509	1316	1136	1316
Caroyphenen	16.875	1409	1231	1411
amyl cinnamic aldehyde	22.318	1640	1461	1641
Tonalide	26.661	1845	1667	1847
Benzyl Cinnamate	30.638	2052	1883	2063

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非极性柱子的保留指数加约180（FAEE校正保留指数，N=1.8）和相同碳数的正构烷保留指数很接近。而不是极性柱子的保留指数加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。比极性柱子的乙酯计算的保留指数值偏差小一些。在实际应用中可以考虑相互参照参考或甚至相互代用。