3、多维GC的目的

无论采用何种方式实现GC-GC分离，其目的不外乎下面所列四种：

（1）提高峰容量采用两根色谱柱，如果其固定相不同，则总的峰容量将远大于两柱单独使用时的峰容量之和，最大峰容量可以是两柱单独使用时峰容量之乘积。故GC-GC对非常复杂的混合物的分离是很有用的。

（2）提高选择性如果混合物中只有几种为目标化合物，就采用对这几种目标化合物有特殊选择性的第二GC，而第一GC只是作为预分离方法将目标化合物与其他组分分离。比如异构体、特别是光学异构体的分离，第一GC采用普通柱进行粗分，然后将相关组分送入第二GC（如手性柱）进行选择性分离。

（3）提高工作效率在很多情况下，待测目标化合物仅是混合物中少数几种组分，因此，只要这些组分从第一GC柱流出而进入第二GC后，第一GC中的其他组分就可以用反吹或快速升温吹扫等技术放空。与此同时，第二GC进行目标化合物的分离。这样就大大缩短了分析时间。在制备色谱中，这样做是很有效的。

（4）提高定量精度分离效率提高，定量精度当然也就提高了。特别是痕量分析中，当痕量组分的峰紧挨着溶剂或主成分出峰时，我们可以将只含痕量组分的第一GC流出物送入第二GC进行分离。这样，溶剂或主成分的大峰就不会影响痕量组分的定量。

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4、多维GC的模式

目前，多维GC 的模式大体上分为两类，即部分多维分离和全多维分离。前者指第一GC图上只有部分组分进入第二GC进行二次分离。即所谓“中心切割（heart-cutting）”技术。后者则是将第一GC分离后的所有组分都送入第二GC 进行二次分离，即所谓“完全（comprehensive）GC-GC。这两种模式在仪器要求上有很大的不同，下面就来讨论其仪器构造。

二、多维气相色谱的仪器

1、中心切割技术

目前已有几种商品化的多维GC仪器，在结构上大同小异。一般都采用两个柱恒温箱。关键的技术有两部分：一是如何将第一GC 流出的组分准确地切割到第二GC，二是如何减小进入第二GC时的样品谱带宽度。前者最早是用阀切换，但阀体的死体积、内表面的惰性、以及阀体的温度都对要切换的组分有影响。后来采用气压控制的所谓“活”柱切换系统，大大改善了性能。后者则是采用冷冻聚焦装置予以解决。下图就是这样一种系统的流程示意图。

该系统由两个柱箱组成，两根柱之间用“活”柱切换装置连接，通过调节A、B两路气体压力的相对大小来控制色谱柱中载气的流动方向。当B管路压力低于A管路时，经预柱C1分离的组分进入分析柱C2；当B管路压力高于A管路压力时，从C1 流出的组分不进入C2。系统采用两个检测器，D1用于监测C1 的流出物，以确定切换时间。D2 为主检测器。在第二柱箱中有一个冷冻聚焦装置，它可以是用液氮将C2的前几圈冷冻，也可以是一个独立的冷冻捕集装置，其中并联安装数个捕集管，以捕集来自C1 的不同组分，然后依次热解吸将捕集的组分送入C2分离。当C1 的分析速度不是足够快时，这种多捕集管装置是很有用的。

上述多维GC 系统主要有三种操作模式。一是中心切割转移，二是放空，三是反吹。样品注入分流/不分流进样口，NV4 控制分流气流大小。经C1 分离后的组分若要进入C2 分离，当D1 显示该组分流出C1 时，就调节A 管路压力高于B管路压力，该组分便进入冷冻聚焦装置，这就是中心切割转移模式。然后由第二柱箱控制第二维的分离。当流出C1的组分不需要继续分离时，就调节B管路压力高于A管路压力，但不高于柱前压PA。这时组分就通过D1 放空（放空模式）。当C1 中所剩组分都不需要继续分离，且在C1 的保留时间太长时，可以在调节B管路压力高于A管路压力的同时，减小甚至关闭进样口压力PA，且打开的NV4。此时，C1 中的载气流动方向反转，即处于反吹模式。多维GC 的操作一般是比较复杂的，故需要计算机自动控制系统。

图: 带“活”柱切换系统的多维GC 示意图

1—分流/不分流进样口；2-T 形“活”柱切换连接件；3—差压计；4—环形槽;C1—预柱；C2—分析柱；NV-—针型阀；SV-—电磁阀；PR—压力调节阀；FR—限流器；D1—监测检测器；D2—主检测器；PA—进样口压力；PM—平均压力；A—控制气路1；B—控制气路2；右上图为T形“活”柱切换连接件放大图

2、完全GC-GC技术

完全GC-GC要将第一GC流出的组分全部转移到第二GC进行分离，故要求第二维GC要有足够快的分析速度，通常采用内径较小且长度较短的毛细管柱。两柱之间的接口十分重要，虽然从原理上讲上述中心切割技术所用装置也可用于高级GC-GC，但其操作速度（从第一GC到第二GC的转移速度）难以满足复杂混合物多维GC分析的要求。在完全GC-GC中，接口必须具有三个功能，即第一，它必须在第一GC分离进行的同时，将预柱流出的组分捕集浓缩一定的时间；第二，接口应是第二GC的进样装置，必须保证将样品以很窄的谱带转移到第二GC的柱头；第三，接口的聚焦和重新进样必须能严格重现，且对不同组分没有“歧视”效应。为满足这些要求，有人设计了一种热解吸调制器接口（下图）。该调制器采用一段（15cm左右）弹性石英毛细管，在其外表面涂一层导电涂料，通过电流来控制其温度。由于毛细管的热容很小，导电涂料又能与柱外表面很好接触，故可快速改变温度。当捕集来自第一GC的组分时，接口处于室温，捕集时间可按气体情况设置为2-60s。然后在适当的时刻通电加热，将捕集的组分快速导入第二GC。下图所示为这种完全GC-GC系统的简单示意图，整个操作过程，包括数据采集和处理均由专门设计的计算机软件控制。

三、多维气相色谱的应用

多维GC已成功地应用于复杂混合物的分离，如石油产品、香精香料、多氯联苯等。

1、汽油成分的多维GC分离

下图所示为从煤炭提取的汽油馏分用多维GC中心切割技术分离的结果。因这种汽油样品既含有极性组分，如酮、醇、腈类化合物，又含有非极性的、异构化的脂肪烃和芳烃，如采用一维GC很难完全分离所有组分，故采用极性柱与非极性柱相结合的二维GC。这样，极性组分可在第一GC（极性柱）获得良好分离（图A），而非极性组分则“切割”到第二GC实现了很好的分离（图B）。图B的横坐标轴应垂直于图) 的横坐标。为了便于观察，绘制成了平面图。

图:从煤炭提取的汽油馏分的多维GC分析结果

A—第一GC分离结果；B—第二GC分离结果

条件见正文。色谱峰归属：1—丙酮；2—2-丁酮；3—苯；4—异丙基-甲基酮；5—异丙醇；6—乙醇；7—甲苯；8-丙腈；9—乙腈；10—异丁醇；11—正丙醇；12—正丁醇

C5、C6、C7为不同碳数的烃类异构体。

分析条件如下：

第一GC：121m长的PEG-400毛细管柱；柱温50℃，恒温12.6MIN，然后以3℃/MIN的速率,程序升温至80℃；载气为氢气，柱前压0.13MPA。

第二GC：64m长OV-1厚液膜毛细管柱；柱温-30℃ ,恒温17.4MIN，然后以20℃/MIN的速率,程序升温至50℃；再以3℃/MIN的速率,程序升温至150℃，载气为氢气，柱前压0.07MPA。

进样量0.2微升；中心切割时间12.6～17.4min；总分析时间50min。

2、完全GC-GC分离复杂化合物

我们用一个较为简单的例子来说明完全GC-GC的分离结果。如图所示，图中A是第一GC的部分分离结果，图B是将图A分为四个馏分，分别转移到第二GC进行分离，然后用计算机软件处理数据得到的高级GC-GC谱图。注意，两个保留时间坐标轴是相互垂直的。最后一图则是15种农药混合物的高级二维GC谱图。

3、多维GC的其他应用举例

图： 完全GC-GC分离举例

色谱峰：1—己烷；2—庚烷；3—辛烷；4—壬烷；5—苯；6—甲苯；7—异丁醇；8—对二甲苯；9—氯代环己烷；10—1，5-环辛二烯；11—邻二甲苯；12—异戊醇；13—氯苯；14—苯乙烯

图：15种农药混合物的完全GC-GC分离谱图

色谱峰：1—麦草畏；2—氟乐灵；3—氯硝胺；4—甲拌磷；5—阿特拉津；6—地虫磷；7—二嗪农；8—特丁磷；9—草不绿；10-—甲霜灵；11—马拉硫磷；12—敌草索；13—克菌丹；14—灭草丹+2，4- 二氯苯氧基乙酸

全二维气相色谱，在扩充峰容量上的优势是传统多维色谱所不能达到的。对于复杂组分的分析，全二维气相能够提供更为丰富的信息，目前已经被商业化应用，例如汽油组分中的族分析等。
但是，全二维色谱巨大的峰容量和信息对软件的定性定量处理能力是一个考验，也是全二维气相应用推广的瓶颈之一。这点对将要购买或使用的色谱工作者来说是一个值得预先考虑和学习的内容。
另外，全二维色谱目前成熟使用的聚焦手段主要是液氮冷却；这一点也是部分实验室使用者不愿接受的原因之一。

二维 好像有 gc+gc 和gc*gc 后者 才是 真正意义上的二维
感觉 目前应用的不多，了解的资料 只有石油行业 有应用

应助达人

是否可以用色谱峰体积定量？

二维就是双柱系统？这个先收藏下，程老师说的蛮不错的，晚上再细读

个人觉得 二维和双柱系统 不完全一样

嗯，这个碰到的比较少，现在企业用二维GC的比较少。二维色谱（GC+GC）一般是从第一支色谱柱切割出部分馏分在第二支色谱柱上进行分离，缺点是不能完全利用二维气相色谱的峰容量，它只是把第一支色谱柱流出的部分馏分转移到第二支柱上，进行进一步的分离。

好像还有一个全二维GC。