全二維色譜應用步入新時代

--暨全二維氣相色譜質譜聯用技術交流會活動報道

　　近年來，國內外知名的色譜期刊、色譜會議中，全二維色譜技術及應用的發表比例逐年增高，已成為色譜新技術新應用的一大熱點。為在中國進一步推廣全二維色譜技術，2013年10月12日，北京普立泰科技術有限公司、美國安捷倫公司、美國ZOEX公司以及中國科學院生態環境研究中心聯合舉辦了全二維氣相色譜質譜技術交流活動。會議上，來自美國ZOEX公司的技術專家、中科院生態環境研究中心的應用專家、普立泰科公司的技術專家，介紹了全二維氣相色譜/色譜質譜聯用技術和應用的最新進展；美國安捷倫公司的技術專家講解了全二維液相色譜的新技術；普立泰科公司專家還介紹了便攜式氣質聯用產品及公司自主研發的各種前處理產品；會議結束前，幸運的兩位聽眾還抽到了iPad Mini。下午與會者參觀了中科院生態環境中心實驗室，該實驗室配備了多套全二維氣相色譜/氣質聯用。來自全國各地的100余位專家學者參會，對全二維色譜技術表示出濃厚興趣。

會議現場

中科院生態環境研究中心 鄭明輝研究員

　　中科院生態環境研究中心的鄭明輝研究員致歡迎詞，熱烈歡迎大家的到來。鄭研究員說，毒殺芬的測定尤其是定量測定一直是個難點，不久前自己的實驗室使用ZOEX的全二維色譜技術，成功地開發出全二維色譜質譜聯用技術測定毒殺芬的方法，實現準確定量，并在環境研究和監測領域得到應用。希望借此會契機，更多的學者來關注全二維色譜技術，開發更多的應用。

北京普立泰科儀器有限公司總經理 田莉娟女士

　　隨后，北京普立泰科儀器有限公司的總經理田莉娟女士發表講話，對各位專家的到來表達感謝，并簡要介紹了普立泰科的發展情況。

　　田總談到，通過走訪國外各種規模的公司，自己近年來得到很多啟發和感觸，最重要的一點事：一個公司的發展必須和市場的需求相結合。中國經歷了這么多年的工業發展，產生了大量的環境、食品安全等問題，隨之涌現出了非常多的研究課題，普立泰科公司從中也得到了很多的發展機會，并致力于發展成為一家對分析測試行業有貢獻的、提供增值服務的公司。田總的公司從代理Finnigan、Agilent等國外著名品牌的產品開始，接下來根據中國市場發展需要和新技術的發展趨勢，先后代理了多家國外中小品牌的特色新技術，比如J2、Polymer Lab.、OI、ZOEX、Torren、Lumex等。她非常感謝中國的發展機會，和各位老師們的支持，使她在為老師們服務的同時，積累了一點財富。目前，她愿投入更多的精力和已經積累的資金去研發產品，并愿意和更多的老師們合作，把老師們天才的想法和設計變成適合于中國需要的產品。

　　普立泰科從2007年開始投入精力做研發，大部分產品都是和高校研究所等單位的老師合作推出的，目前自主開發產品包括：土壤風干箱(國內首創產品)，主流煙氣中氮氧化物分析系統(為國內和國外首創產品，現為煙草行業國標方法)，多功能自動濃縮儀，智能全自動消解儀，全自動二噁英凈化系統等。在北清路，普立泰科剛購買了新的廠房和辦公樓；在安徽合肥，公司還將投建新的研發和制造基地。最后，田總對老師們的支持表達了深深的感謝，并希望能繼續得到老師們的支持和合作，共同推動中國自主研發產品的發展。

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美國ZOEX公司研發副總裁 吳展頻博士

　　隨后，來自美國ZOEX公司研發副總裁吳展頻博士做題為《全二維氣相色譜質譜應用技術》的報告，他首先介紹了全二維氣相色譜技術專利發展的歷史，全二維技術最初是美國一所大學的教授發明的，ZOEX公司是這項技術專利權的最早獲得者。隨后，ZOEX公司對這項技術進行了一系列的改進，將全二維氣相色譜技術最早商品化，同時ZOEX公司也是唯一擁有全二維技術專利的公司，一直引領著全二維技術的不斷發展。ZOEX創立于1991年，位于美國德克薩斯州的休斯頓，生產了全球第一臺商用全二維GC×GC的調制器，并將GC×GC技術授權給安捷倫、賽默飛、力可、陶氏化學、島津等使用。ZOEX還在全球推出第一臺商用的全二維氣相色譜-高分辨率飛行時間質譜系統。

     那么為什么需要全二維色譜技術？主要是因為，在分離非常復雜的樣品（比如石油、環境樣品、代謝組樣品等）時，需要更高的分離效率。一些人會考慮采用中心切割技術，將一根柱子中感興趣的組分切分出來，到第二根柱子上分離，即實現GC+GC，如果第一根柱子峰容量是1000，第二根是30，中心切割技術的GC+GC得到的峰容量是2000。全二維技術（GC×GC）是把第一根柱子每時每刻分離出的樣品，送入第二根柱子，還是上述兩根柱子，峰容量為30000，這相當于用一根12km的柱子分離一年半，全二維技術大大提高了分離度，而且能減少分離的時間。全二維技術采集的譜圖用三維展示，顏色的深淺還代表樣品的不同。 調制技術是全二維氣相色譜技術的核心，目前有熱調制（Thermal ragulator）和流速調制（Flow regulator），ZOEX公司及得到ZOEX授權的公司均使用熱調制。

　　ZOEX公司最新的全二維氣相色譜(GC×GC)是傳統氣相色譜技術的一大突破，它是將兩根不同長度的氣相色譜柱通過一個環形調制器串聯起來，第一根色譜柱(一般為非極性柱，30m長，如DB-1)上分離后的樣品在經過環形調制器時被迅速冷卻聚焦，然后被脈沖式熱氣迅速氣化，進入第二根色譜柱(一般為極性柱，1m長，如BPX-50)快速分離，經由檢測器進行全二維譜圖的準確構建，并通過專業的軟件實現復雜組分的分析。這些檢測器包括除TCD外的幾乎所有氣相色譜檢測器(如FID、ECD、NPD、FPD等)，和快速的高分辨飛行時間質譜檢測器。

　　ZOEX公司最近推出第三代調制器：環形調制器(LOOP MODULATOR)。所謂環形，是將第二維色譜柱的一部分圍成兩個環，一個是連續的冷噴口，用于捕集聚焦樣品，另一個是脈沖的熱噴口，用來再傳送樣品。 基于環形調制器的全二維技術還有一個附加的作用，即提高靈敏度(比如美國CDC用它接ECD檢測器測POPs，目的就是提高靈敏度)。這是因為，第一維分離后，樣品迅速冷凝從而起到了濃縮的作用；而樣品在第二根短柱(通常為1m長)快速分離，色譜峰寬常常只有100毫秒(最小為36毫秒)，因此靈敏度信噪比大幅提高。

　　很多氣相色譜的用戶都了解中心切割(heart-cut)技術，因此，ZOEX公司研發副總裁吳展頻先生從中心切割開始，闡述了全二維氣相色譜 技術：與GC+GC中心切割不同的是，GC×GC全二維氣相色譜技術是將一維色譜所有的峰進行二維切割，得到全二維譜圖，不會丟失任何譜圖信息。顯然，全 二維色譜技術能夠分析更復雜的樣品，目前主要應用于石化、香精香料、煙草、法醫、環境、和新興的代謝組學領域。

　　Fas TOF? GC×GC×HiResTOFMS系統中， 全二維氣相色譜系統和前面介紹的相似，可采用ZX-1或ZX-2環形熱調制器。 ZX-1型用液氮冷卻(最低至-189℃)，ZX-2用冷卻系統冷凝(最低至-90℃)。環形調制器可與Agilent 6890、7890、5975QMS以及島津2010GC、2010PlusGCMS、Thremo Trace GC相連，結構簡單，安裝容易，且無可移動部件。普利泰科實驗室中放置的就是一臺與Agilent 7980A連接的全二維色譜儀系統。

　　質譜部分的主要特點如下：

　　雙燈絲結構的離子源(0 ~ 100 eV)，在一根燈絲損壞時，可以快速更換第二根燈絲。目前提供EI源，不久后將可提供CI源。

　　離子源后采用了四極桿過濾器，可以100%去除氦氣離子，防止其轟擊TOF的微通道板，可有效延長微通道板的使用壽命。

　　脈沖式質量校正系統

　　高分辨的飛行時間質譜可獲得精確質量數，但由于TOF飛行管隨溫度等外界條件的波動問題，要想獲得更好的結果，最好進行內標校正，一般有兩種方 式：(1)實驗前進行質量校正，實驗時至少使用一個Lock mass作校準，比如用柱流失峰。但由于柱流失峰在色譜后期的高溫階段才流出，距離被分析物太遠，校正效果有限。(2)實驗中讓內標物和被分析物同時進 入，不過內標物會對被分析物有離子化競爭，抑制分析物信號響應。ZOEX公司發明的脈沖式質量校正系統，是專門用在二維技術上的，既可以達到每次實驗的自 動實時校正，又能在樣品分析時徹底去除校正物的影響。它是利用第二根色譜柱非常短的“死時間”，將校正液脈沖式注入色譜柱，在樣品峰到來前清除校正液信 號，以此進行質量校正。

　　高分辨飛行時間質量分析器的綜合性能：

　　質量分辨率高：4000 ~ 7000；

　　在高分辨基礎上，采用了脈沖式質量校正系統，質量準確度可達±0.002amu；

　　高靈敏度，100 Hz/秒掃描速率下，1pg八氟萘，S/LOD 為100：1(LOD采用IUPAC方法以3倍噪音峰定LOD，換算下來，RMS信噪比應可達到300：1)；

　　數據采集速度高，可達500 張譜圖/秒(500 Hz/s)；

　　動態范圍達104；

　　定性可靠，可進行NIST譜庫檢索；

　　可進行質量結構確證；

　　峰容量高，最多可分離1萬多個峰。

　　GC×GC操控軟件及GC Image數據分析軟件：

　　應用全二維色譜技術， 硬件是保障，軟件的功能也及其重要，因為傳統的獲得幾十個峰的色譜，到了全二維中，常常會獲得幾千個化合物的色譜，軟件可以幫助去快速、自動化地解析每一 個化合物。比如，GC Image數據分析軟件能夠進行精確質量數計算和元素組分分析，對GC×GC-MS數據可進行快速篩選分析；可進行多個樣品的全組分比較；提供NIST譜 圖檢索，具有反向檢索的功能，具有第三方數據庫的兼容性，還具有結構化解析功能；可針對被分析物按照種類系列區分，并可按照族類定量，無需計算機語言就可 以進行編輯，自定義結構化分析程序；具有自動峰識別和復雜峰解析功能；具有多模式的可視化效果，所得結果可以顯示不同角度的3D立體圖、2D平面俯瞰圖和 傳統的一維圖。

　　最后吳博士介紹了Fas TOF? GC×GC×HiResTOFMS是一套同時具有高分辨和快速的全二維色譜系統，可應用于石油化工領域，提供豐富的組分信息，還可應用于環境化學、香精香料、代謝組學、刑事技術、食品與風味分析等領域。

北京普立泰科儀器有限公司技術支持 王增輝老師

　　北京普立泰科儀器有限公司的技術支持王增輝先生做了題為《SPME/便攜式GC/TMS特點和應用介紹》的報告，他首先針對TRIDIONTM-9 GC-TMS的技術特點和參數進行了詳細介紹，該儀器標配的附件包括24V直流電源，6.8Ah可充電鋰離子電池，每個樣品檢測時間只需5分鐘（包括開機抽好真空、檢測獲得譜圖），電池可供電2.5-3個小時，至少可以完成20次樣品的測量，具有全接觸電阻式加熱技術，低熱質氣相色譜柱，環狀離子阱具有更高的離子容量，即使在很小的儀器體積下也能保證獲得較高的靈敏度，每秒可采集10張譜圖，具備快速的開機速率，2min真空達到儀器運行標準，儀器升溫只需要2min，簡單易用的固相微萃取進樣方式，采樣技術采用頂空，直接浸沒以及直接接觸的方式，檢測現場儀器狀態實施快速調諧校正。

　　TRIDIONTM-9 GC-TMS可應用于環境應急監測定性和定量監測；公安、消防和安保部門快速檢測；軍隊以及相關野外檢測機構現場快速檢測等等。

　　TRIDIONTM-9 GC-TMS的重要特點：重量輕、體積小、開機速度快；樣品富集裝置操作簡單、攜帶輕便；樣品檢測速度快，5min左右就可以得到檢測結果；功耗低，耗材少，操作簡單；儀器內部設計和外殼具有抗沖擊性。

中科院生態環境研究中心 朱帥老師

　　中科院生態環境研究中心的朱帥老師介紹了題為《全二維氣相色譜技術在環境中痕量毒殺芬分析的應用》的報告。毒殺芬的種類繁多，結構相似，單體分離難度較大。朱老師重點介紹了GC×GC-μECD分離分析不同氯代毒殺芬，以及同位素稀釋GC×GC-MS測定指示性毒殺芬的具體實例，實驗證明：上述方法分離出5-10氯代毒殺芬中900多個同類物，遠多于基于一維色譜所分析出的100多種同類物的報道，該方法已成功應用于工業毒殺芬成分分析。實驗室還建立了同位素稀釋/全二維氣相色譜-質譜分離分析指示性毒殺芬同類物的方法，線性關系較好(r2>0.99)，方法的檢出限(S/N=3)為0.4-1.0ug/L，為指示性毒殺芬的研究提供了定性和定量更準確的分析方法。全二維氣相在分析毒殺芬方面取得了滿意的結果，不僅可以滿足環境樣品中痕量毒殺芬的定性和定量需求，也為其他痕量復雜化合物的分離分析提取了新的思路。

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美國安捷倫公司 李浪經理

　　美國安捷倫公司的李浪經理做了題為《安捷倫革新技術：2D-LC》的報告，李經理首先介紹了安捷倫液相色譜技術的發展策略，主要從四個方面考慮：儀器的性能、工作流程和自動化、應用、使用成本。2D-LC是基于閥切換系統的自動化解決方案，安捷倫以閥為基礎的自動化解決方案主要由各種類型、可置于不同位置并靈活方便的切換閥組成，主要應用于色譜柱切換、溶劑選擇、餾分分步收集以及檢測器選擇。全二維液相色譜與傳統二維液相色譜的主要區別：

　　全二維液相色譜就像全二維氣相色譜一樣，第一維組分也是“全部”進第二維，只不過比GC*GC時間間隔較長：約5-30分鐘，即使已經在第一根色譜柱上分開的組分也會合在一起進入第二維。

　　傳統全二維就是：簡單；不需3D軟件。但是兩維的模式搭配及其講究，否則會因保留行為、擴散等而無法完成2D的操作。通常搭配是第一維離子交換、第二維反相的模式。

　　安捷倫全二維液相色譜可進行非常靈活的硬件配置：支持不同的泵、自動進樣器、檢測器，或從現有的系統上升級!檢測器的不同位置(第一維后、第二位后、或廢液端)；快速更換閥頭，支持多種閥；能運行不同種類的“二維”模式；一種特殊的專門用于2D-LC的閥：雙兩位四通閥，能更好的支持“LC×LC”。全新2D控制軟件(add-on)及全新的固件功能：讓安捷倫標準硬件做2D-LC使用時方法設置更容易；可作為各種二維(包括傳統Comprehensive 2D及LC×LC)；最簡單，但不損失功能及性能的2D-LC方法設置。

　　安捷倫全二維液相色譜的軟件（也是ZOEX公司產品）具有強大的數據分析能力，其中一個關鍵功能是可直接導入安捷倫數據文件；色譜峰的鑒定、積分及注釋；比較分析及形象化；化合物庫；質譜數據的處理。

　　最后李經理對于食品基質中的多酚類化合物的檢測、紫杉提取物中的紫杉醇類物質以及啤酒中成分的檢測的應用的實例進行了詳細的講解。

北京普立泰科儀器有限公司 王斌經理

　　來自北京普立泰科儀器有限公司的王斌經理為我們帶來了題為《全二維高分辨飛行時間質譜的創新技術及上機演示》的報告，首先王經理介紹了全二維高分辨飛行時間質譜最新環狀調制器的優點，第一代直線調制器具有兩個冷噴口，兩個熱噴口從而造成氮氣消耗量大，柱箱擾動大而且封閉后存在熱交換，造成效率低。那么第二代環形調制器具有一個冷噴口，一個熱噴口可以減小柱溫箱的溫度擾動從而能夠減少更少的氮氣消耗。

　　Zoex兩種不同型號的熱調制器，ZX1是液氮制冷，最低溫度達到-180℃，可以調節C3-C7的化合物，ZX2是冷卻循環制冷，最低溫度-90℃，可以調制C7以上的化合物。這兩種調制器可以安裝在安捷倫、島津的氣相色譜/質譜上。

　　GC×GC×HR-TOFMS特點：數據采集率最大到500HZ，質量分辨率達到4000-7000，質量精度優于(M±0.002)，元素組成辨別。

　　GC×GC×HR-TOFMS擁有易于維護的離子源，無需移除任何導線，并且具有雙燈絲設計，無需人工調整離子源位置，無需移動色譜柱。具有更低的使用成本，包括，無油前級真空泵；關機自動充氮保護MCP檢測器；真空保護，斷電自動保護分子泵；體積更加小巧，與臺式質譜體積相似；使用更多的色譜通用配件，大大降低了使用成本。同樣還具有更高的技術指標，預過濾四極桿去除氦氣背景，提高靈敏度；實時脈沖校正技術，保證全分析全質量段0.002的質量精度，可選高靈敏度/高分辨調諧模式，具有可選CI源。

　　那么為什么需要高掃描速率，同樣王經理給出了解答，全二維氣相色譜峰寬從0.05-0.2S，傳統的四極桿質譜0.2秒的色譜峰只能得到2-3個數據點，20HZ左右的數據采集頻率，在Full Scan模式下靈敏度差，那么高掃描速率的飛行時間質譜在100-500HZ的數據采集率可以獲得足夠多的數據點，并且離子利用率高，靈敏度高。

　　為什么需要高分辨，因為單位質量分辨的質譜只能依靠NIST定性，復雜組分同系物多，干擾物多；高分辨是精確質量的前提。同樣高分辨能夠保證峰的純度。

　　最后王經理對于天然產物的分析以及中藥的分析給與了詳細的舉例說明。

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　　會后我們參觀了中科院生態環境中心的實驗室，看到了儀器在檢測當中得到了有效的應用，王經理對于每位老師的疑問給出了詳細的解答。

實驗室全二維氣相色譜儀器

細心的解答

采訪合影

　　會后我們有幸采訪到美國ZOEX公司研發副總裁吳展頻博士據了解ZOEX公司不僅將自己的新技術帶到中國，還為中國的客戶真金白銀地提供了一套實物——包括全二維組件和高分辨、高速的飛行時間質譜。據了解，普立泰科也為此付出了很大努力，為這些技術提供了實驗室的平臺，以及一套全新的Agilent 7890氣相色譜。

　　據吳博士介紹ZOEX公司可以為用戶提供的產品有：ZX-1和ZX-2型的調制器(modulator)以及一些配件、GC×GC×HiResTOFMS系統、還有可用于全二維氣相色譜的，以及二維液相色譜的數據處理軟件。ZOEX公司目前擁有兩款調制器和一套完整的全二維氣相色譜質譜聯用系統，用戶根據自己的情況既可以購買一套的完整的儀器，也可以只購買調制器或軟件。

　　Leco公司是最早推出GC×GC/TOFMS聯用技術的廠家，過去在美國石化行業如果需要這些技術，大部分都是Leco的用戶。雖然買了整套的Leco系統，但其中有很多用戶仍然還購買ZOEX的軟件，因為ZOEX公司的軟件現在已經成為工業標準。

　　此外，ZOEX公司的調制器可以與Agilent 6890、7890，5975QMS，島津2010GC和2010PlusGC，Thermo Scientific Trace GC相連。并且，幾乎可以采用除TCD以外的所有檢測器，如FID、ECD、AED、MPD、SCD等，及質譜檢測器。

　　當記者提到zoex的市場營銷模式的時候，吳博士是這么解釋的，ZOEX公司是首個全二維氣相色譜專利技術的擁有者，首次將全二維色譜技術商品化。ZOEX將技術授權給許多公司，同時，ZOEX公司也銷售儀器，參與市場競爭，也就是說與被授權者競爭。在市場中，ZOEX公司也同時支持其授權者，吳博士形容這是一種十分有趣的方式，即ZOEX公司發明新的技術，授權給其它公司，同時自己也銷售產品，在市場上，ZOEX公司既是知識產權的擁有者也是活躍的競爭者。

　　關于北京普立泰科儀器有限公司：

　　北京普立泰科儀器有限公司(Polytech instrument Ltd)成立于2007年，是一家集設計，制造，銷售和服務為一體的分析儀器公司，一直本著為所有用戶提供高質量的分析儀器為宗旨而努力，致力于各種新技 術和新產品的研發，為客戶提供中國制造的產品，北京綠綿巨貿有限公司是其全資子公司，主要是推廣國際實驗室先進分析儀器和技術、提供相關產品銷售和服務。

　　關于ZOEX公司

　　成立于1991年，是最早將二維氣相色譜技術商品化的公司。

　　1999年，美國ZOEX公司首次實現了全二維氣相色譜的商品化。

　　2000年，ZOEX公司第二代商品化全二維氣相色譜。

　　2002年，ZOEX公司推出KT-2003環形冷調制器，之后，又推出ZX-1和ZX-2兩款環形調制器，ZX-2環形調制器無需液氮，是一款免消耗的調制器，這兩款調制器結構更加簡單、操作更加方便，脈沖效果更好。