?

使用全二維的時候，一定要弄明白，全二維到底是如何工作的？在使用過程中該如何操作？又有哪些關鍵點需要注意？本文主要介紹島津全二維GC×GC-MS的工作機理、調制解調器及其工作原理、制冷單元的選擇與可應用的領域、噴射氣氣源的選擇；硬件操作的關鍵步驟及注意事項。相信通過閱讀此推文，一定能夠對大家全面了解和使用全二維有所幫助。

島津全二維GC×GC-MS工作機理

GC×GC色譜技術是20世紀90年代發展起來的一種全新的分離復雜混合物的色譜技術手段，也是迄今為止最高分離能力的多維色譜技術；島津全二維GC×GC-MS是把分離機理不同而又相互獨立的兩根色譜柱（通常情況下，一根非極性色譜柱和一根極性色譜柱）以串聯的方式連接于調制解調器，通過設置一定的調制時間（調制周期）將一維色譜柱流出物捕集、聚焦后以脈沖方式釋放到二維色譜柱，進行進一步分離，通過MS檢測器采集圖譜，再通過專用數據處理軟件將色譜峰轉化成以一維色譜柱保留時間為X軸，二維色譜柱保留時間為Y軸，信號強度為Z軸的3D圖譜，如圖1所示，同時質譜圖（M/Z）分布在X-Y平面的每一個采集點上，構成了四維數據結構，可以進行定性、定量分析。

圖1：全二維3D圖譜

調制解調器及其工作原理

通過以上全二維GC×GC-MS工作機理的介紹，大家對全二維已經有了一個整體的概念，下面為大家介紹島津全二維GC×GC-MS調制解調器及其工作原理：

1 ?調制解調器：

島津采用Zoex第二代熱調制解調器，使用環形設計，在第二根色譜柱上作標記點，通常在距第一根色譜柱的0.5m，1.5m處作標記點，調制環部分長度為1m。然后將調制環纏繞到柱支架上，使兩個標記點重合，再將第一根色譜柱與第二根色譜柱使用金屬雙通進行串聯，置于噴射裝置中，如圖2所示。

圖2：環形調制解調器

（專利環形技術，僅需一個冷噴嘴和一個熱噴嘴）

2 ?調制解調器工作原理：

當熱噴射氣打開時，被聚焦在“調制環”中的樣品化合物被重新加熱釋放，離開下游冷點，進入二維色譜柱進行分離；一維色譜柱中的樣品化合物離開上游冷點，進入“調制環”在下游冷點重新聚焦；圖3為調制解調器工作原理示意圖。

圖3：島津全二維GC×GC-MS調制解調器工作原理示意圖

通過冷聚焦，脈沖熱釋放的調制方式，能夠將一維色譜柱中分離的樣品化合物，在經過調制解調器時峰被切片，在二維色譜柱中快速分離，形成極尖銳的峰，分離度和靈敏度均提高，如圖4、圖5所示。

圖4：調制解調器作用的效果圖

圖5：島津全二維GC×GCMS采集的TIC圖（峰寬0.18s）

制冷單元的選擇

島津全二維GC×GC-MS系統依據制冷單元的不同，分為一代調制器和二代調制器，分別為ZX1和ZX2。

1 ?ZX1調制器需要使用液氮制冷，溫度更低，最低溫度-189℃，可以捕集到C3組分，主要用于石化、香精香料領域，圖6為島津GC×GC-MS一代ZX1結構圖與外觀圖。

圖6：島津GC×GC-MS一代ZX1結構圖與外觀圖

2 ?ZX2調制器使用電子制冷，由冷卻系統自動制冷，最低溫度-90℃，適用于C7以上組分，對于全二維絕大部分的應用來說，ZX2調制器即可滿足要求，且不需使用液氮，使用更方便。用于除石化、香精香料外的其它領域。圖7為島津GC×GC-MS二代ZX2結構圖與外觀圖）。

圖7：島津GC×GC-MS二代ZX2結構圖與外觀圖

噴射氣氣源的選擇

噴射氣氣源的要求：①噴射氣在使用中約在10-20L/min之間調節，建議配置至少30L/min的供氣量，以免運行時超負荷。②供給壓力要求300-700kPa。③露點溫度要求-40℃以下。

依據以上的三點要求，有三種氣源可以根據實驗室情況進行選擇：

1 ? 液氮罐：要求是高壓罐，XL180型或XL240型，氣體出口配置減壓閥，減壓閥出口配1/4英寸軟管接頭。液氮罐的好處是，露點足夠，不需要除水裝置，直接使用即可；缺點是，灌一罐液氮使用時間大約10-15天，需要頻繁灌液氮。

2 ?氮氣發生器：氮氣發生器的好處是一次購買，可連續使用，像大家常用的PEAK氮氣發生器供氣量以及露點都有達到要求的型號，可直接使用，不需要配置干燥器進行除水。缺點是價格較貴。

3 ?空氣發生器：同氮氣發生器一樣，一次購買，連續使用，優點是價格相對較便宜。缺點是露點不夠，需要加配空氣干燥器，干燥器也需要定期更換，否則露點溫度不夠，容易造成制冷單元結冰，噴射氣流量變小或為零，無法正常使用。

操作的關鍵步驟及注意事項

1 ?全二維色譜柱的安裝及注意事項：

首先將調制環柱支架置于噴射裝置上，并通過調整調制環半圓大小，使調制環半圓末端與熱噴嘴以及冷噴嘴中心對齊；然后，將一維色譜柱入口連接到進樣口端，二維色譜柱末端連接到MS接口；最后，依次安裝色譜柱保護板、色譜柱于色譜柱柱箱支架上，如圖8所示。全二維色譜柱安裝的關鍵點如圖9所示。

圖8：全二維色譜柱安裝示例圖

圖9：全二維色譜柱安裝關鍵點

2 ?噴射氣的開啟與關閉以及注意事項：

噴射氣的開啟與關閉有兩種操作方式可實現

第一種操作方式：

見圖10，在GC控制面板上進入主畫面，按[功能]-[快捷操作]進入快捷操作畫面，按下[----]輸入數字3,再按下[運行]打開冷噴氣；再次按下[----]輸入數字2,按下[運行]打開熱噴氣。關閉冷噴氣與熱噴氣分別對應數字-3和-2。

圖10：噴射氣開啟與關閉方法一

第二種操作方式：

見圖11，在主畫面按[可選設備]-[繼電器控制]進入繼電器控制畫面，按V3和V2的on和off即可打開和關閉冷噴氣和熱噴氣。V3對應冷噴氣閥，V2對應熱噴氣閥。

圖11：噴射氣開啟與關閉方法二

 噴射氣開啟與關閉時的注意事項

① 在啟動制冷裝置之前，先行打開噴射氣約15分鐘，以交換冷卻單元中可能存在的濕氣，防止冷卻管冰結，造成氣路阻塞。

② 使用ZX2電子制冷時，關閉制冷單元后，調節冷噴氣流量1L/min，并保持噴射氣開啟狀態約3至4小時。

③ 使用ZX1液氮制冷時，關閉液位控制器充氮，調節冷噴氣流量不小于1L/min，保持噴射氣開啟狀態約12小時，當冷噴氣恢復正常溫度，在調制環上不在結霜時，再關閉冷噴氣。

④ 在關閉制冷單元時，如果停止噴射氣供應，外部空氣會反流回制冷交換管，造成結冰，阻塞氣路。

總 結

島津全二維GC×GC-MS系統，可應用于石油化工、天然產物、香精香料、環境化學、藥物代謝、公安刑偵、食品與風味物質等領域的復雜混合物分析。兩種調制器ZX1和ZX2，不僅可以與島津的四極桿氣質聯用儀（單四極桿、三重四極桿氣質聯用儀）組合成全二維GC×GC-MS系統，同時也可以搭載氣相檢測器FID、ECD使用，可以滿足不同復雜混合物樣品分析的需求。篇幅有限，先為大家介紹到這里，下期繼續介紹ZX1液氮制冷的操作，調制周期設定，以及軟件配置與方法設定等方面的相關內容，感興趣的朋友，請繼續關注島津售后服務公眾號。