3.GC×GC仪器
3.1调制器
在GC×GC中,第一根柱将样品分成大量小馏分,再在第二根柱分离,第二根柱的分离比第一根柱快得多,以使馏分区带较窄并保持第一根柱获得的分离。允许既小又窄的馏分从第一根柱进入第二根柱的关键部件是按装在两柱之间的调制器。调制器需满足的条件是:
(1)能定时浓缩从第一柱流出的分析物;
(2)能转移很窄的区带到第二柱的柱头,起第二维的进样器的作用;
(3)聚焦和再进样的操作应是再现的,且非歧视性的。
有多种方式可实现上述目的. 至目前为止,主要的在研或在用的调制方式有阀调制和热调制二类。
(1)阀调制器[11]
此法有二个严重缺陷:
a、需要很高载气流速通过第二根柱,
b、样品中的大多数含量被放空,从第一根柱流出的仅一小部分馏分被注射进第二根柱,其余的被废弃。
尽管它已用于研究用化学计量学处理GC×GC数据,但此法不适于实际的应用。
(2)热调制器
这是在气相色谱中最常用的调制技术。改变温度,可以使几乎所有挥发性物质在固定相上吸附和脱附。Phillips等设计了一个两段涂金属的毛细管[12、13],用于对柱1流出溶质的富集和快速热脱附。尽管应用这个调制器获得了一些好的结果[14], 由于涂层常被烧坏,不得不经常替换[7]。类似的结果也已由de Geus等[16]获得,他们使用紧密缠绕在毛细管外表面的铜线来加热调制器中的毛细管。
为了克服金属涂层二段调制器的缺陷,Ledford和Phillips设计了一种基于移动加热技术的调制器[7],它使用一个步进电机带动各加热元件(“扫帚”)运动通过毛细管来达到局部加热的目的。此设计的最重要优点是:该加热器热质足够大,可提供一个稳定的很好控制的温度.
这个热脱附调制器作为唯一的商品型,已令人满意地工作在几个实验室,主要缺点是调制器温度必须比炉温高100℃。
3)冷阱调制器[17-19]
与热调制器不一样,冷阱系统也被用做调制器[17]。调制器由移动冷阱组成,做成径向调制冷阱系统(LMCS)。第一根柱的谱带以很窄的区带宽度保留在冷阱调制器中,每隔几秒,调制器从T位(捕集)到R位(释放)。在R位,由于冷却的毛细管开始由炉子气加热,被捕集的馏分被立即释放,以很窄的区带在第二根柱的柱头开始色谱分析,同时,从第一根柱流出的馏分被冷阱捕集,避免了与前一周期中被释放组分在第二柱的重叠。几秒(调制时间)后,这个过程将重复,直到第一根柱分析的结束[18-19]。
这个方法的主要好处是调制器中的毛细管必须加热到正常的炉温即可使其脱附,使系统比“扫帚”系统能处理更高沸点的样品。明显缺点是:调制器中的固定相处于低达-50℃的状态。
3.2 柱子
正如前述,GC×GC中第二维分离非常快,应在脉冲周期内完成第二维的分离,否则,前一脉冲的后流出组分可能会与后一脉冲的前面组分交叉或重叠,引起混乱。在第二柱的柱头,调制脉冲的典型宽度为60ms[16]。流出第二柱的峰宽在100到200 ms数量级。因此,检测器的响应时间应非常快,数据处理机的采集速度至少应是100HZ. 尽管直到现在, GC×GC分析主要使用FID作检测器,但可以预料,所有具备FID特征的气相色谱检测器,均可在GC×GC中使用, 如ECD[15]。
质谱作为GC×GC的检测器将很大地增强定性能力,但仅飞行时间质谱(TOF-MS)能以高速扫描(≥100次扫描/秒)。可以预料,以后将会有很多实验室配备GC×GC-TOF-MS仪器。
4.应用及发展展望
到目前为止,已有很多GC´GC应用的例子。其有用性正逐渐被人们所认识,可能的应用领域会比已开展的广泛的多。一般来说,当样品中物质的个数多于100时,使用GC´GC会比一维GC好得多。当柱系统选择得当时,此种技术更适于需族分离的复杂样品分析。即使样品中物质个数在30~100间,GC´GC也会具显著优越性。
4.1石油样品
石油样品是最常见的复杂混合物,它一般是由2~4族化合物组成的复杂混合物。在C10~C25范围(类似于柴油的碳数分布),大约有4×107饱和烃异构体有可能存在[21]。尽管只有其中的一小部分实际存在于这些样品中,十分明显的是,单柱GC来分离诸如柴油这样复杂的样品,有峰容量不足的严重缺陷。
Blomberg等应用GC´GC对石油产品的分析已做了大量的工作[4,9,22,16,23],重汽油、重催化裂解循环油等均得到了很好的分离。从图1可知, 饱和烃、环烷烃、单芳、二环芳烃、三环芳烃等被分成非常明显的独立区域,它是烃类型详细分析的最好方法和谱图。Frysinger等[24]分离了汽油中的苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)及总烃,并用GC×GC与四极质谱联用来分析海中的柴油燃料[25]。GC×GC也被Gaines等[26]作为用来识别溢油来源的最好工具。Xu等在GC×GC中用全甲基羟丙基β-环糊精作第二维柱子,从煤油中分出了1万多个峰[8]。Synovec等[11]则使用GC×GC分离了汽油中的甲苯、乙苯、间,对-二甲苯和丙苯混合物,并研究了GRAM方法在定量中的有用性。Kinghorn等[18]用煤油作样品来测试冷阱调制器的有用性和可靠性。相同的小组也将此技术用于原油样品的分析[19],其轮廓图与应用热调制方式得到的相当类似。

