全二維氣相色譜色譜屆的《阿凡達》

——記美國Zoex公司GC×GC×HiResTOFMS技術交流會

　　【導語】當3D電影《阿凡達》席卷全球票房時，當主人公阿凡達騎上飛龍縱身一躍，飛翔在懸浮的哈利路亞山間時，每個人都被這種以前從未見過的景象所震撼。我們知道：3D的時代真正來臨了！今天，當熟悉的2D色譜峰呈現出真正的3D色譜“峰”時，我們希望自己也是阿凡達，去發現、去體驗更激動人心的世界……

ZOEX公司全二維色譜技術獲得的3D色譜圖

　　2010年6月18日，北京普立泰科儀器有限公司聯合美國ZOEX公司在北京匯智大廈舉行了GC×GC×HiResTOFMS技術交流會。來自中國科學院環境生態環境研究中心、中國農業大學、中國科學院化學所、軍事醫學科學院、北京林業大學、國家環境分析測試中心、石油化工研究院、石油勘探研究院等單位的40余位嘉賓應邀到會。

　　會上，美國ZOEX公司總裁Edward Ledford先生、研發副總裁吳展頻先生向大家介紹了全二維氣相色譜(GC×GC)技術和GC×GC×HiResTOFMS系統，瑞典Ume?大學的Peter Haglund教授向大家介紹了GC×GC技術在復雜環境樣品分析中的應用。在會場隔壁的普立泰科應用培訓實驗室，與會者不僅看到了這套GC×GC×HiResTOFMS系統，而且體驗了一次別出心裁的做樣演示：ZOEX公司從瑞典工廠通過互聯網遠程遙控儀器，為大家演示了這套系統做樣和數據分析的全過程，也為大家展示了另一種公司進行技術支持的先進方式。整個交流會從上午9時許持續到下午6時，氣氛熱烈，到場嘉賓表示了濃厚興趣，并不斷地和ZOEX公司的技術專家們交換意見。

交流會現場

　　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。

美國ZOEX公司總裁 Edward Ledford博士

美國ZOEX公司研發副總裁 吳展頻博士

　　ZOEX：擁有全二維氣相色譜ZL技術的公司

　　總裁Ledford先生首先談了全二維氣相色譜（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography，GC×GC）技術的ZL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ZL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ZL的公司，并一直引領著全二維技術的不斷發展。

　　最原始的ZL（Original Patents）將于明年到期，但是，進入市場的、有實際意義的技術往往是改進的ZL（Improvement Patents）。繼獲得原始ZL后，ZOEX公司先后發展了SWEEZPER、QUADJET（四噴口的冷噴調制器）、LOOP MODULATOR（環形調制器）等眾多改進的ZL技術，比如：QUADJET和LOOP MODULATOR分別還有16年和20年的ZL有效期。

　　Agilent、Thermo、LECO和Shimadzu均是ZOEX公司的授權合作商，其中，LECO使用的是四噴口的冷噴調制器（QUAD JET）技術，這是第二代商品化的全二維氣相色譜技術。2002年，ZOEX公司進一步改進和完善了調制器結構，推出了環形調制器（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。

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　　挑戰極限：全二維氣相＋高分辨高速度的飛行時間質譜

　　美國ZOEX公司于今年3月推出了一款既具有高質量分辨又具有高掃描速率的全二維氣相色譜高分辨飛行時間質譜儀，獲得了Pittcon2010的金獎提名。交流會上邀請了眾多的質譜專家，如中科院化學所的王光輝研究員、國家生物醫學分析中心的楊松成研究員、中國農業大學的李重九教授、北京林業大學的金幼菊教授、石油勘探開發研究院的王匯彤研究員等。除了全二維技術，專家和到場嘉賓們對這臺新型質譜也表示了濃厚的興趣。吳展頻先生向大家做了詳細介紹。

GC×GC×HiResTOFMS系統

GC×GC×HiResTOFMS系統內部結構示意圖

　　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。

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　　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。

　　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。

樣品分析演示現場

　　在現場演示時，大家看到了進樣1 pg八氟萘的實際靈敏度（S/LOD＝128：1），3D色譜圖軟件，譜庫檢索，以及用精確質量數直接測定元素組成。現場體驗，遠程操控，讓大家感受到了全二維氣相＋快速高分辨質譜的強大威力。

　　全二維新型應用：為科學家們打開了一扇嶄新大門

瑞典Ume?大學 Peter Haglund教授

　　此次研討會上，特邀了瑞典Ume?大學的Peter Haglund教授向大家介紹了GC×GC技術在復雜環境樣品分析中的應用。總裁Ledford先生介紹了他自己最近的一項研究——乳腺癌的代謝組學研究。他說：“我們剛開始做代謝組學的研究，還只是一些基礎的實驗，但無疑，用全二維氣相色譜技術研究代謝組學，為我們打開了一扇門；并且我們知道，沿著這條路走下去一定是可行的道路。”加州大學Davis分校的教授提供了18份樣本，分別是乳腺癌早期（6份）、中期（6份）、晚期（6份）樣本。Ledford先生在實驗前建立了區分代謝標志物的三角形原則。然后用全二維氣相色譜獲得了3D色譜圖，其中有3400個峰，結合Fisher’s ratio方法，GC Image數據分析軟件辨識了25個候選標志物，再用原來建立的三角形原則，成功地篩選出三個分別代表乳腺癌早期、中期、晚期的標志物，并和醫生的診斷一致。更深層次的結合質譜的研究，Ledford沒有介紹，或許再過一段時間，會有更加驚人的結果。

　　Ledford先生還介紹了全二維技術在農殘檢測、海底漏油方面的應用。比如應用Blink技術，在海底漏油事件中，快速地檢測出石油的成分。

 

　　客戶怎么樣才能擁有ZOEX的全二維技術？

　　購買全套的Fas TOF? GC×GC×HiResTOFMS系統是比較昂貴的（三十多萬美元），但我們現場了解到，有兩位到現場的客戶都已購買了LECO的全二維色譜＋TOF系統（約35萬美元），LECO的系統采用的是上一代的調制技術，而且其TOF僅有快速采集、沒有高分辨功能。因此，Fas TOF? GC×GC×HiResTOFMS系統應該是一個更具有吸引力的方案。另外，已經擁有氣相色譜或氣質聯用的客戶還可以單獨購買軟件、環形調制器系統，這樣既獲得了全二維技術，又不用花費太多。

相關儀器：FasTOF全二維氣相色譜-高分辨飛行時間質譜

　　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。

　　關于北京綠綿巨貿科貿有限公司

　　 北京綠綿巨貿科貿有限公司是一家推廣國際實驗室先進分析儀器以及提供相關技術支持和服務的專業公司。公司以誠信、專業、服務為宗旨，致力于為廣大實驗室分析人員提供便利而有效的服務。

　　 綠綿巨貿總部設在北京，并在上海、廣州設有辦事處，同時在美國和香港設有分公司。公司現有銷售人員、技術工程師共約五十名，公司憑借專業背景和實力，在2001年成為全球最大的專業質譜儀器供應商Thermo Finnigan在中國產品推廣的獨家代理；在2003年取得美國J2 Scientific公司樣品前處理儀器中國地區總代理；2004年美國VWR實驗室技術公司中國區代理；2005年取得全球最專業的聚合物分析儀器公司--英國PL公司凝膠色譜儀等產品的中國地區總代理；2006年取得德國Ecoma公司動態氣體稀釋嗅辨儀在中國的獨家代理；日本NIC公司測汞儀中國部分地區獨家代理，在2009年又成為了美國baseline在線氣相色譜和美國ZOEX全二維氣相色譜的中國區代理商。2010年和美國OI公司共建OI中國，成為TORION便攜式氣質聯用儀中國區代理商，并建立應用和培訓實驗室。

　　 多年來，綠綿巨貿和國內很多實驗室和客戶建立了良好的合作關系。公司現在擁有兩項ZL，并且已經研發成自主知識產權的產品－卷煙中主流煙氣氮氧化物自動采集和檢測系統。我們將客戶視為資源。綠綿巨貿是一個平臺，尋求和客戶的合作，為客戶提供更好的服務。公司價值觀：信念，創造，分享，誠信、專業、共贏。

　　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。