利用飞行时间质谱联用二维气相色谱对藻类水热液化水相组分进行定性表征

本二维气相色谱数据采集方法的总体目标是表征通过藻类热液液化（HTL）获得的水相副产物。该方法有助于回答生物燃料领域中的关键问题，例如鉴定藻类在热液转化过程中进入水相的有机物种类。该技术的主要优势在于提高了峰容量、分辨率以及对多种化学化合物的广泛分离能力。

该方法对于生物炼制厂生成数据具有重要意义，因为生物炼制厂在生产过程中会产生大量废水，这些废水必须经过处理或进一步加工转化为燃料和化学品。该方法能够提供其他分析技术（如一维气相色谱或液相色谱）无法获得的表征数据。我们最初产生该方法的想法，是在分析生物燃料生产过程中产生的极为复杂的有机混合物时。

使用配备四喷嘴双级冷却基调解调器和飞行时间质谱仪的气相色谱仪进行这些实验。将自动进样器设置为向气相色谱仪（GC）中注入一微升（1 µL）的每种样品或标准品。自动进样器的进样顺序应采用样品与标准品的随机区组设计，具体方法参见相关文献。确保主柱和副柱的两端均被切为平直边缘，无锐利毛刺。

然后，在调制器之前使用压紧式连接器将主柱和辅柱连接起来。确保气相色谱进样口的玻璃衬管、防粘衬管O形圈和捕集器均为新的且无污染。接着，在气相色谱柱上安装一个垫圈，并将主柱连接到气相色谱进样口，使柱子伸入进样口内部五毫米。

使用1/16英寸、内径0.5毫米的传输管线接头将二级色谱柱与传输管线连接。将二级色谱柱0.2米长的部分置于传输管线中。确保二级色谱柱有0.1米长的部分位于调制器内。

使用超高纯度氦气作为气相色谱的载气，流速为每分钟1.5毫升。通过读取连接在杜瓦瓶出口的压力计上的液氮液位，确保杜瓦瓶中有足够的液氮，液氮在调制器中作为冷却剂。压力计读数为69千帕时表示杜瓦瓶已满，读数为0千帕时表示杜瓦瓶已空。

确保仪器无明显泄漏。若飞行时间质谱仪（TOF-MS）的真空计读数在1.5 mL/min的气相色谱柱流速下高于2.7 × 10⁻⁵ Pa，则表明系统存在明显泄漏。建立质量控制（QC）方法，并运行内置的采集系统校正程序，按照制造商提供的方案进行调整，以获得最大信号响应。

然后，运行质控方法中内置的仪器优化程序。依次根据制造商的协议，运行灯丝聚焦、离子光学聚焦以及质量校准测试。确保质量校准测试通过。

该质控方法可确保仪器的所有硬件参数均处于最佳水平。仪器应无泄漏，这是本实验流程中的一个重要环节。

应使用制造商的方案重新进行检查。通过检测特定离子相对于内标的相对浓度，分析生成的泄漏检查报告。为确定调制器的最佳调制周期，可任意选择一个较长的调制周期，并像之前一样进样分析。

在二维轮廓图中确定其后无峰洗脱的第二维保留时间。将所确定的第二维保留时间选为最佳调制周期。若观察到峰折叠现象，则增加调制周期并重新进行分析。

当第二维的峰在第一维基线以下洗脱时，就会出现环绕现象，如本轮廓图所示。重复这些步骤，直到确定最优值。本研究中使用的配置是独特且重要的。

此前尚未使用该组合来分析生物质转化中的水相组分。安装一根极性毛细管柱作为主柱，安装一根非极性毛细管柱作为辅助柱。

使用超高纯度氦气作为气相色谱的载气，流速为 1.5 毫升每分钟。将气相色谱进样口温度设为 260 摄氏度，分流比设为 1:250。为主色谱柱设置温度程序：初始温度 40 摄氏度保持 0.2 分钟，随后以每分钟 5 摄氏度的升温速率升至 260 摄氏度，再在 260 摄氏度下保持 5 分钟。

保持调制器温度比第二根色谱柱高5摄氏度，第二根色谱柱温度比第一根色谱柱高5摄氏度。采用之前确定的最佳调制周期为4秒，其中热脉冲时间为0.8秒，冷脉冲时间为1.2秒。然后，将传输线温度设定为270摄氏度。

接下来，将采集延迟或溶剂延迟设置为0秒。将质荷比的下限和上限范围分别设置为35和800，然后将质谱检测器的采集速率设置为每秒400张谱图。保持质谱检测器电压比优化值高150伏。

最后，将质谱离子源温度维持在225摄氏度。使用仪器制造商提供的软件进行数据处理。在数据分析方法中，选择计算基线、识别基线以上的峰、进行谱库检索，以及计算峰面积和峰高。

通过数据文件跟踪基线。将基线偏移设为0.5，然后在第一维中输入预期峰宽15秒，在第二维中输入0.15秒。将信噪比设为5000，相似度值设为大于850以用于化合物鉴定。

选择一种市售的质谱库以鉴定样品中存在的化学化合物，并将数据库检索模式设置为正向比对。使用制造商提供的方案，通过该数据分析方法处理数据文件。处理单个数据文件至少需要一小时。

图中显示的是利用极性与非极性色谱柱联用分析藻类生物原油水相组分所获得的总离子流色谱图。在热液液化藻类水相中检测到含氧化合物和有机酸。除含氧化合物外，水相中还含有含氮化合物，如吡啶、吡嗪、乙酰胺、琥珀酰亚胺及其烷基衍生物。

这些化合物很可能是藻类生物质中蛋白质和碳水化合物的降解产物。此处展示了利用极性与非极性色谱柱组合，以表格形式列出的HTL藻类水相中化学化合物的相似度值及保留时间。对藻类生物原油水相部分在轮廓图中鉴定出的高强度峰，通过标准品分析进行了验证。

制备并采用二维气相色谱-飞行时间质谱法分析了含有有机酸和终产物的标准品。还使用文献中广泛采用的非极性与极性组合色谱柱，对藻类生物原油的水相组分进行了分析。如图所示，藻类生物原油水相组分中的有机酸和终产物在洗脱时出现多个峰。

这些化合物的相似性数值和保留时间以表格形式列出。观看本视频后，您应能够充分掌握如何使用配备质谱的二维气相色谱技术分析水相样品。该技术发展后，为生物燃料领域的研究人员提供了分析生物质经生物化学、热化学及热催化转化所得副产物水相组分的有效途径。

完成此操作后，还可采用一维气相色谱和液相色谱等其他方法，以回答更多问题，例如对未识别的化学化合物进行定量浓度测定。在尝试此操作时，需注意非挥发性、高沸点化合物以及无机盐无法使用该仪器配置进行分析。