全二维气相色谱色谱届的《阿凡达》

——记美国Zoex公司GC×GC×HiResTOFMS技术交流会

　　【导语】当3D电影《阿凡达》席卷全球票房时，当主人公阿凡达骑上飞龙纵身一跃，飞翔在悬浮的哈利路亚山间时，每个人都被这种以前从未见过的景象所震撼。我们知道：3D的时代真正来临了！今天，当熟悉的2D色谱峰呈现出真正的3D色谱“峰”时，我们希望自己也是阿凡达，去发现、去体验更激动人心的世界……

ZOEX公司全二维色谱技术获得的3D色谱图

　　2010年6月18日，北京普立泰科仪器有限公司联合美国ZOEX公司在北京汇智大厦举行了GC×GC×HiResTOFMS技术交流会。来自中国科学院环境生态环境研究中心、中国农业大学、中国科学院化学所、军事医学科学院、北京林业大学、国家环境分析测试中心、石油化工研究院、石油勘探研究院等单位的40余位嘉宾应邀到会。

　　会上，美国ZOEX公司总裁Edward Ledford先生、研发副总裁吴展频先生向大家介绍了全二维气相色谱(GC×GC)技术和GC×GC×HiResTOFMS系统，瑞典Umeå大学的Peter Haglund教授向大家介绍了GC×GC技术在复杂环境样品分析中的应用。在会场隔壁的普立泰科应用培训实验室，与会者不仅看到了这套GC×GC×HiResTOFMS系统，而且体验了一次别出心裁的做样演示：ZOEX公司从瑞典工厂通过互联网远程遥控仪器，为大家演示了这套系统做样和数据分析的全过程，也为大家展示了另一种公司进行技术支持的先进方式。整个交流会从上午9时许持续到下午6时，气氛热烈，到场嘉宾表示了浓厚兴趣，并不断地和ZOEX公司的技术专家们交换意见。

交流会现场

　　ZOEX公司最新的全二维气相色谱(GC×GC)是传统气相色谱技术的一大突破，它是将两根不同长度的气相色谱柱通过一个环形调制器串联起来，第一根色谱柱（一般为非极性柱，30m长，如DB-1）上分离后的样品在经过环形调制器时被迅速冷却聚焦，然后被脉冲式热气迅速气化，进入第二根色谱柱（一般为极性柱，1m长，如BPX-50）快速分离，经由检测器进行全二维谱图的准确构建，并通过专业的软件实现复杂组分的分析。这些检测器包括除TCD外的几乎所有气相色谱检测器（如FID、ECD、NPD、FPD等），和快速的高分辨飞行时间质谱检测器。

美国ZOEX公司总裁 Edward Ledford博士

美国ZOEX公司研发副总裁 吴展频博士

　　ZOEX：拥有全二维气相色谱ZL技术的公司

　　总裁Ledford先生首先谈了全二维气相色谱（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography，GC×GC）技术的ZL发展的历史。全二维技术最初是美国一所大学的教授发明的，ZOEX公司是这项技术ZL权的最早获得者。随后，ZOEX公司对这项技术进行了一系列的改进，将全二维气相色谱技术最早商品化，同时ZOEX公司也是唯一拥有全二维技术ZL的公司，并一直引领着全二维技术的不断发展。

　　最原始的ZL（Original Patents）将于明年到期，但是，进入市场的、有实际意义的技术往往是改进的ZL（Improvement Patents）。继获得原始ZL后，ZOEX公司先后发展了SWEEZPER、QUADJET（四喷口的冷喷调制器）、LOOP MODULATOR（环形调制器）等众多改进的ZL技术，比如：QUADJET和LOOP MODULATOR分别还有16年和20年的ZL有效期。

　　Agilent、Thermo、LECO和Shimadzu均是ZOEX公司的授权合作商，其中，LECO使用的是四喷口的冷喷调制器（QUAD JET）技术，这是第二代商品化的全二维气相色谱技术。2002年，ZOEX公司进一步改进和完善了调制器结构，推出了环形调制器（LOOP MODULATOR）。所谓环形，是将第二维色谱柱的一部分围成两个环，一个是连续的冷喷口，用于捕集聚焦样品，另一个是脉冲的热喷口，用来再传送样品。基于环形调制器的全二维技术还有一个附加的作用，即提高灵敏度（比如美国CDC用它接ECD检测器测POPs，目的就是提高灵敏度）。这是因为，第一维分离后，样品迅速冷凝从而起到了浓缩的作用；而样品在第二根短柱（通常为1m长）快速分离，色谱峰宽常常只有100毫秒（最小为36毫秒），因此灵敏度信噪比大幅提高。

　　很多气相色谱的用户都了解中心切割（heart-cut）技术，因此，ZOEX公司研发副总裁吴展频先生从中心切割开始，阐述了全二维气相色谱技术：与GC＋GC中心切割不同的是，GC×GC全二维气相色谱技术是将一维色谱所有的峰进行二维切割，得到全二维谱图，不会丢失任何谱图信息。显然，全二维色谱技术能够分析更复杂的样品，目前主要应用于石化、香精香料、烟草、法医、环境、和新兴的代谢组学领域。

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　　挑战极限：全二维气相＋高分辨高速度的飞行时间质谱

　　美国ZOEX公司于今年3月推出了一款既具有高质量分辨又具有高扫描速率的全二维气相色谱高分辨飞行时间质谱仪，获得了Pittcon2010的金奖提名。交流会上邀请了众多的质谱专家，如中科院化学所的王光辉研究员、国家生物医学分析中心的杨松成研究员、中国农业大学的李重九教授、北京林业大学的金幼菊教授、石油勘探开发研究院的王汇彤研究员等。除了全二维技术，专家和到场嘉宾们对这台新型质谱也表示了浓厚的兴趣。吴展频先生向大家做了详细介绍。

GC×GC×HiResTOFMS系统

GC×GC×HiResTOFMS系统内部结构示意图

　　Fas TOF™ GC×GC×HiResTOFMS系统中， 全二维气相色谱系统和前面介绍的相似，可采用ZX-1或ZX-2环形热调制器。ZX-1型用液氮冷却（最低至-189℃），ZX-2用冷却系统冷凝（最低至-90℃）。环形调制器可与Agilent 6890、7890、5975QMS以及岛津2010GC、2010PlusGCMS、Thremo Trace GC相连，结构简单，安装容易，且无可移动部件。普利泰科实验室中放置的就是一台与Agilent 7980A连接的全二维色谱仪系统。

　　质谱部分的主要特点如下：

　　双灯丝结构的离子源（0 ~ 100 eV），在一根灯丝损坏时，可以快速更换第二根灯丝。目前提供EI源，不久后将可提供CI源。

　　离子源后采用了四极杆过滤器，可以100%去除氦气离子，防止其轰击TOF的微通道板，可有效延长微通道板的使用寿命。

　　脉冲式质量校正系统

　　高分辨的飞行时间质谱可获得精确质量数，但由于TOF飞行管随温度等外界条件的波动问题，要想获得更好的结果，最好进行内标校正，一般有两种方式：（1）实验前进行质量校正，实验时至少使用一个Lock mass作校准，比如用柱流失峰。但由于柱流失峰在色谱后期的高温阶段才流出，距离被分析物太远，校正效果有限。（2）实验中让内标物和被分析物同时进入，不过内标物会对被分析物有离子化竞争，抑制分析物信号响应。ZOEX公司发明的脉冲式质量校正系统，是专门用在二维技术上的，既可以达到每次实验的自动实时校正，又能在样品分析时彻底去除校正物的影响。它是利用第二根色谱柱非常短的“死时间”，将校正液脉冲式注入色谱柱，在样品峰到来前清除校正液信号，以此进行质量校正。

　　高分辨飞行时间质量分析器的综合性能：

　　质量分辨率高：4000 ~ 7000

　　在高分辨基础上，采用了脉冲式质量校正系统，质量准确度可达±0.002amu

　　高灵敏度，100 Hz/秒扫描速率下，1pg八氟萘，S/LOD 为100：1（LOD采用IUPAC方法以3倍噪音峰定LOD，换算下来，RMS信噪比应可达到300：1）；

　　数据采集速度高，可达500 张谱图/秒（500 Hz/s）；

　　动态范围达10⁴

　　定性可靠，可进行NIST谱库检索；

　　可进行质量结构确证；

　　峰容量高，最多可分离1万多个峰。

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　　GC×GC操控软件及GC Image数据分析软件：

　　应用全二维色谱技术，硬件是保障，软件的功能也及其重要，因为传统的获得几十个峰的色谱，到了全二维中，常常会获得几千个化合物的色谱，软件可以帮助去快速、自动化地解析每一个化合物。比如，GC Image数据分析软件能够进行精确质量数计算和元素组分分析，对GC×GC-MS数据可进行快速筛选分析；可进行多个样品的全组分比较；提供NIST谱图检索，具有反向检索的功能，具有第三方数据库的兼容性，还具有结构化解析功能；可针对被分析物按照种类系列区分，并可按照族类定量，无需计算机语言就可以进行编辑，自定义结构化分析程序；具有自动峰识别和复杂峰解析功能；具有多模式的可视化效果，所得结果可以显示不同角度的3D立体图、2D平面俯瞰图和传统的一维图。

　　Fas TOF™ GC×GC×HiResTOFMS是一套同时具有高分辨和快速的全二维色谱系统，可应用于石油化工领域，提供丰富的组分信息，还可应用于环境化学、香精香料、代谢组学、刑事技术、食品与风味分析等领域。

样品分析演示现场

　　在现场演示时，大家看到了进样1 pg八氟萘的实际灵敏度（S/LOD＝128：1），3D色谱图软件，谱库检索，以及用精确质量数直接测定元素组成。现场体验，远程操控，让大家感受到了全二维气相＋快速高分辨质谱的强大威力。

　　全二维新型应用：为科学家们打开了一扇崭新大门

瑞典Umeå大学 Peter Haglund教授

　　此次研讨会上，特邀了瑞典Umeå大学的Peter Haglund教授向大家介绍了GC×GC技术在复杂环境样品分析中的应用。总裁Ledford先生介绍了他自己最近的一项研究——乳腺癌的代谢组学研究。他说：“我们刚开始做代谢组学的研究，还只是一些基础的实验，但无疑，用全二维气相色谱技术研究代谢组学，为我们打开了一扇门；并且我们知道，沿着这条路走下去一定是可行的道路。”加州大学Davis分校的教授提供了18份样本，分别是乳腺癌早期（6份）、中期（6份）、晚期（6份）样本。Ledford先生在实验前建立了区分代谢标志物的三角形原则。然后用全二维气相色谱获得了3D色谱图，其中有3400个峰，结合Fisher’s ratio方法，GC Image数据分析软件辨识了25个候选标志物，再用原来建立的三角形原则，成功地筛选出三个分别代表乳腺癌早期、中期、晚期的标志物，并和医生的诊断一致。更深层次的结合质谱的研究，Ledford没有介绍，或许再过一段时间，会有更加惊人的结果。

　　Ledford先生还介绍了全二维技术在农残检测、海底漏油方面的应用。比如应用Blink技术，在海底漏油事件中，快速地检测出石油的成分。

 

　　客户怎么样才能拥有ZOEX的全二维技术？

　　购买全套的Fas TOF™ GC×GC×HiResTOFMS系统是比较昂贵的（三十多万美元），但我们现场了解到，有两位到现场的客户都已购买了LECO的全二维色谱＋TOF系统（约35万美元），LECO的系统采用的是上一代的调制技术，而且其TOF仅有快速采集、没有高分辨功能。因此，Fas TOF™ GC×GC×HiResTOFMS系统应该是一个更具有吸引力的方案。另外，已经拥有气相色谱或气质联用的客户还可以单独购买软件、环形调制器系统，这样既获得了全二维技术，又不用花费太多。

相关仪器：FasTOF全二维气相色谱-高分辨飞行时间质谱

　　关于北京普立泰科仪器有限公司：

　　 北京普立泰科仪器有限公司(Polytech instrument Ltd)成立于2007年，是一家集设计，制造，销售和服务为一体的分析仪器公司，一直本着为所有用户提供高质量的分析仪器为宗旨而努力，致力于各种新技术和新产品的研发，为客户提供中国制造的产品，北京绿绵巨贸有限公司是其全资子公司，主要是推广国际实验室先进分析仪器和技术、提供相关产品销售和服务。

　　关于北京绿绵巨贸科贸有限公司

　　 北京绿绵巨贸科贸有限公司是一家推广国际实验室先进分析仪器以及提供相关技术支持和服务的专业公司。公司以诚信、专业、服务为宗旨，致力于为广大实验室分析人员提供便利而有效的服务。

　　 绿绵巨贸总部设在北京，并在上海、广州设有办事处，同时在美国和香港设有分公司。公司现有销售人员、技术工程师共约五十名，公司凭借专业背景和实力，在2001年成为全球最大的专业质谱仪器供应商Thermo Finnigan在中国产品推广的独家代理；在2003年取得美国J2 Scientific公司样品前处理仪器中国地区总代理；2004年美国VWR实验室技术公司中国区代理；2005年取得全球最专业的聚合物分析仪器公司--英国PL公司凝胶色谱仪等产品的中国地区总代理；2006年取得德国Ecoma公司动态气体稀释嗅辨仪在中国的独家代理；日本NIC公司测汞仪中国部分地区独家代理，在2009年又成为了美国baseline在线气相色谱和美国ZOEX全二维气相色谱的中国区代理商。2010年和美国OI公司共建OI中国，成为TORION便携式气质联用仪中国区代理商，并建立应用和培训实验室。

　　 多年来，绿绵巨贸和国内很多实验室和客户建立了良好的合作关系。公司现在拥有两项ZL，并且已经研发成自主知识产权的产品－卷烟中主流烟气氮氧化物自动采集和检测系统。我们将客户视为资源。绿绵巨贸是一个平台，寻求和客户的合作，为客户提供更好的服务。公司价值观：信念，创造，分享，诚信、专业、共赢。

　　关于ZOEX公司

　　成立于1991年，是最早将二维气相色谱技术商品化的公司。

　　1999年，美国Zoex公司首次实现了全二维气相色谱的商品化。

　　2000年，Zoex公司第二代商品化全二维气相色谱。

　　2002年，Zoex公司推出KT-2003环形冷调制器，之后，又推出ZX-1和ZX-2两款环形调制器，ZX-2环形调制器无需液氮，是一款免消耗的调制器，这两款调制器结构更加简单、操作更加方便，脉冲效果更好。