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1、第二讲第二讲气相色谱中的衍生试剂及新进展气相色谱中的衍生试剂及新进展 气相色气相色谱中化学衍生的重要性中化学衍生的重要性 w改善样品的挥发性和热稳定性 w改善样品的峰形w提高分别性能 w添加分别检测的选择性和灵敏度 气相色谱衍生试剂的主要类型气相色谱衍生试剂的主要类型w 硅烷化试剂硅烷化试剂 w烷基化试剂烷基化试剂(包括酯化试剂包括酯化试剂) w酰基化试剂酰基化试剂w其它衍生试剂其它衍生试剂 (手性试剂等手性试剂等)1 硅烷化试剂硅烷化试剂凡含有活泼氢的化合物都能与硅烷化试剂反响. 最重要的是三甲基硅衍生试剂.三甲基硅TMS衍生试剂与待测物的反响方程式： 被衍生化合物的各极性官能团接受硅烷基的
2、才干依次为: 醇(伯仲叔) 酚 羧酸 胺(一级胺二级胺) 酰胺 常见的三甲硅烷化试剂 reagents abbreviation structurehexamethyldisilazaneHMDStrimethylchlorosilaneTMCSN-methyl-N-TMS-acetamideMSAN-methyl-N-TMS-trifluoroacetamideMSTFAN, O-Bis-TMS-acetamideBSAN, O, bis-TMS-trifluoroacetamideBSTFATrimethylsilylimidazoleTMSIMN-甲基-N-三甲硅基三氟乙酰胺MSTFA，
3、 N，O-双三甲硅基乙酰胺BSA， N，O-双三甲硅基三氟乙酰胺BSTFA，三甲硅基咪唑TMSIM的反响性较强。 MSTFA衍生物的挥发性最好。 TMSIM易与羟基及羧羟基反响，但与脂肪胺不反响，也不能促进烯醇-TMS醚的构成，主要适于衍生有空间妨碍的羟基化合物。综合各试剂的反响性、选择性、挥发性和副产物的构成等要素，BSTFA和MSTFA二种试剂运用最多。三甲基硅烷衍生物的优点三甲基硅烷衍生物的优点: 热稳定性好，挥发性强，易于制备，色谱性能好，热稳定性好，挥发性强，易于制备，色谱性能好，运用最广。运用最广。一切硅烷化试剂制备衍生物后，可直接进展一切硅烷化试剂制备衍生物后，可直接进展GC分分
4、析，节省了样品制备时间。析，节省了样品制备时间。三甲基硅烷衍生物的缺陷：三甲基硅烷衍生物的缺陷：对水和酸不稳定，易分解；对水和酸不稳定，易分解；由于氧化硅的堆积，易污染由于氧化硅的堆积，易污染FID检测器检测器 运用Mongillo Mongillo 等等1 1 研讨了研讨了HMDS, BSTFA, HMDS, BSTFA, 乙酸酐乙酸酐, , 五氟丙酸酐五氟丙酸酐 (PFPA) (PFPA) 与阿司匹林及其代谢产物的衍与阿司匹林及其代谢产物的衍生条件生条件, , 发现发现HMDSHMDS与分析物在与分析物在90oC90oC反响反响1h, 1h, 乙乙酸酐与分析物在酸酐与分析物在75oC75o
5、C反响反响30min, PFPA30min, PFPA与分析物与分析物在在70oC70oC反响反响45min45min均构成混合衍生物均构成混合衍生物, , 而而BSTFABSTFA与分析物分别在室温与分析物分别在室温, 60oC, 90oC, 60oC, 90oC反响反响1h1h均能与均能与一切羟基反响构成单一衍生物。一切羟基反响构成单一衍生物。 三甲硅烷衍生试剂与醇、酚类化合物反响的影响要素1.立体效应立体效应 : 伯醇伯醇仲醇仲醇叔醇叔醇 2.催化剂催化剂常用的催化剂常用的催化剂: 三甲基氯硅烷三甲基氯硅烷TMCS，TMSIM，三甲，三甲碘硅烷碘硅烷TMSI和乙酸钾和乙酸钾 Wang 等
6、等 2 测定了头发、血液、唾液及尿液中的海洛测定了头发、血液、唾液及尿液中的海洛因及其六种代谢产物，样品经固相萃取处置后，参与衍生因及其六种代谢产物，样品经固相萃取处置后，参与衍生试剂试剂 BSTFA+1% TMCS 在在70oC 反响反响20min，检出限可达，检出限可达1ng/ml。 其它烷基取代的甲硅烷化试剂 1. 二甲硅烷化衍生试剂二甲硅烷化衍生试剂DMS N-甲基甲基-N-特丁基二甲硅烷基三氟乙酰胺特丁基二甲硅烷基三氟乙酰胺MTBSTFA 该试剂可用于衍生羟基、羧基、巯基、一级胺该试剂可用于衍生羟基、羧基、巯基、一级胺和二级胺中的活泼氢，构成特丁基二甲硅烷基和二级胺中的活泼氢，构成特
7、丁基二甲硅烷基TBDMS衍生物。反响构成的副产物易于挥发。衍生物。反响构成的副产物易于挥发。 TBDMS衍生物在质谱中易于失去特丁基构成高丰衍生物在质谱中易于失去特丁基构成高丰度的度的 M-57+特征离子，适于特征离子，适于MS定量分析。定量分析。 二甲硅烷化衍生物比三甲硅烷化衍生物挥发性好，二甲硅烷化衍生物比三甲硅烷化衍生物挥发性好，对水更稳定但仍不稳定，能给出有用的质谱对水更稳定但仍不稳定，能给出有用的质谱碎片。碎片。2. 卤烷基二甲硅基试剂卤烷基二甲硅基试剂 wX=Cw ChloromethyldimethylsilylCMDMS；w X=Brw Bromomethyldimethyls
8、ilylBMDMS；wX=Iw IodomethyldimethylsilylIMDMS；wY=Cl ，chlorosilane ；wY=NHSiCH32CH2X， disilazane w该类试剂能添加衍生物的亲电力, 适用于灵敏度很高的电子捕获检测器. 硅烷化衍生试剂的特点硅烷化衍生试剂的特点-小结小结1.运用范围广: 凡含有活泼氢的化合物都能2. 与硅烷化试剂发生反响.3.2. 构成的衍生物热稳定性好，挥发性强，易于制备，色谱性能好 .4.3 . 衍生反响完成后,可直接进展气相色谱分析. 5.4. 溶剂的选择：运用非质子化溶剂如吡啶，乙腈，二甲 亚砜，四氢呋喃和N，N-二甲基甲酰胺 等.
9、6.5. 衍生物因硅的堆积易玷污FID检测器 .7.6. 反响需无水条件.2 烷基化试剂烷基化试剂 烷基化反响是衍生试剂分子中的烷基取代化合物中的酸性氢. X为卤素或其它易离去基团。 衍生物是醚，酯，硫醚，N-烷基胺，N-烷基酰胺; 弱酸基团的烷基化需强碱催化剂，酚羟基和羧酸羟基等酸性较强, 需弱碱催化剂。 常见烷基化试剂及典型反响条件 Type of reagentTypical reaction conditionGroups derivatizedDiazoalkane Non-polar solventAcidic OH and NHAlkyl halide-strong baseDM
10、SOAlcohols, amides Alkyl halide-weak baseK2CO3-acetoneThiols, phenols, acids, amines, acidic NHAlkyl halide- weak base- ionophoreK2CO3-18-crown-6 Thiols, phenols, acids, amines, acidic NHAlkyl halide quaternary ammonium saltPhase transferThiols, phenols, acids, amines, acidic NHQuaternary ammonium O
11、n column derivatizationThiols, phenols, acids, amines, acidic NH重氮烷烃烷化1. 类型: 目前主要有三种. 重氮甲烷: 运用最为广泛 。该试剂与化合物的衍生条件温暖、反响迅速、高效、无副产物，但它毒性大，不易储存，制备时有发生爆炸的危险。 三甲硅基重氮甲烷TMSDM: 是一种在平安性上优于重氮甲烷的试剂，但TMSDM的衍生速率及衍消费率均低于重氮甲烷，且易于构成三甲基硅的副产物。 五氟苯基重氮甲烷: 用于前列腺素类化合物的衍生，用ECD和MS检测，灵敏度高。2. 运用: 羧酸，磺酸，酚，烯醇等含-OH和-NH-化合物的烷基化。 主
12、要是一些低分子量的脂肪卤化物，如CH3，C2H5，n-C3H7，i-C3H7etc.，苄基和取代苄基溴化物等。其中以五氟苄基溴PFB-Br的运用最多。 烷基衍生物可经过在有机介质中反响、相转移反响及固相萃取衍生等途径来制备。 相转移反响也称为“萃取烷基化。 衍生试剂常用CH3I，相转移试剂为硫酸氢四已基胺或氢氧化四丁基胺 。 固相萃取衍生是目前制备烷基化衍生物的一种非常有开展前景的方法,根据样品的性质，可选择阴离子交换树脂，C18等作固相萃取剂，常用的衍生试剂是PFB-Br。该方法已广泛运用于生物医学和食品检测等领域。烷基卤化物的烷化萃取烷化 水相 Ar-OH + R4N+X- ArO-R4N
13、+ + HX 有机相 Ar-OR/ + R4N+X- ArO-R4N+ + R/X 该方法可以使萃取，衍生同时进展.使酸性化合物以阴离子方式进入非质子化的有机相，裸露的阴离子对烷基化试剂反响性强，容易快速，高效生成衍生物。 常用于生物样品的测定, 样品的纯化与衍生可一步完成。季铵盐-热解烷基化 衍生方法：直接将分析物与试剂的甲醇溶液的混合物注入气相色谱的进样口，热解产生烷基化衍生物。 特点：衍生效率高，但腐蚀性强，能够会损坏色谱柱。据报道四烷基铵氟化物无腐蚀性，衍生效率与相应的氢氧化物相当 .(1-5) 所示的试剂已商品化。 (6-8) 是几种性能较好的苄基铵盐试剂 , 可用作酸、酚类化合物的
14、在柱烷基化衍生试剂, 生成苄基酯和苄基醚衍生物。 季铵盐-热解烷基化3. 酰基化衍生试剂酰基化衍生试剂n酰基化衍生试剂主要有酰卤，酸酐、酰基咪唑、酰胺及烷基氯甲酸酯等。n可用于衍生醇、酚、硫醇、胺、酰胺、磺酰胺等化合物。n衍生反响的本质是衍生试剂的酰基取代极性化合物中的活性氢。酸酐衍生反响方程式如下: 酰卤和酸酐特点：特点：衍生反响普通在吡啶、二甲胺吡啶或其它可接受酸副产物的衍生反响普通在吡啶、二甲胺吡啶或其它可接受酸副产物的溶剂中进展。酰卤和酸酐与被测物的衍生反响完成后，过溶剂中进展。酰卤和酸酐与被测物的衍生反响完成后，过量的试剂和副产物损坏色谱柱，必需在量的试剂和副产物损坏色谱柱，必需在G
15、C分析前除去。分析前除去。常用试剂：三氟醋酐常用试剂：三氟醋酐TFAA), 五氟丙酐五氟丙酐PFPA), 七氟丁酐七氟丁酐HFBA)运用运用 ：Rohrich 等等3 以丙酸酐以丙酸酐 (PSA) 和三氟乙酸酐和三氟乙酸酐 (TFAA) 为衍生为衍生试剂试剂, 测定了头发中的苯异丙胺及其代谢产物测定了头发中的苯异丙胺及其代谢产物, 研讨阐明研讨阐明, PSA衍生物的稳定性比衍生物的稳定性比TFAA衍生物好衍生物好, 但但TFAA衍生物在衍生物在质谱中特征离子的丰度更高。质谱中特征离子的丰度更高。以以4-乙酯基六氟丁酰氯乙酯基六氟丁酰氯4为衍生试剂，可测定血清中的苄醇。为衍生试剂，可测定血清中的
16、苄醇。因衍生物分子量高，用因衍生物分子量高，用GC-MS特征离子检测时，可以免受特征离子检测时，可以免受血清中其它干扰物质的影响，得到很好的分别。该试剂还血清中其它干扰物质的影响，得到很好的分别。该试剂还可用于尿液中苯酚的测定可用于尿液中苯酚的测定5。酰基咪唑和酰胺 酰卤和酸酐与被测物的衍生反响产生酸副产物，对一些易酸解的化合物，衍生试剂可选用酰基咪唑。该反响的副产物是碱性离去基团，不会引起衍生物的分解。咪唑试剂易于水解，当衍生物稳定性高时，可用水洗去多余的试剂。五氟丙酰三唑PFPT)：广泛用于儿茶酚胺类和吲哚胺类的衍生化，构成单一稳定、稳定的衍生物。酰胺如N-甲基双三氟乙酰胺MBTFA:挥发
17、性好，副产物不损坏色谱柱，衍生反响完成后可直接进展GC分析。 卤代酰基化试剂 特点：特点：添加化合物的亲电力添加化合物的亲电力 ，使衍生物适于灵敏的，使衍生物适于灵敏的ECD或或NCl-MS检测。检测。用用MS检测时，碎片离子在高的质荷比处丰度高，检测时，碎片离子在高的质荷比处丰度高，分析时可以免受低分子量化合物的干扰分析时可以免受低分子量化合物的干扰 。运用：运用：全氟酰衍生物如三氟乙酰全氟酰衍生物如三氟乙酰TFA，五氟丙酰，五氟丙酰PFP和七氟丁酰和七氟丁酰HFB实践运用最广。实践运用最广。烷基氯甲酸酯烷基氯甲酸酯 类型类型: : 烷基氯甲酸酯主要包括甲基、乙基、丙基、异丁基氯甲烷基氯甲酸
18、酯主要包括甲基、乙基、丙基、异丁基氯甲酸酯酸酯MCFMCF，ECFECF，PCF,IBCFPCF,IBCF及一些含卤试剂如三氯乙基氯及一些含卤试剂如三氯乙基氯甲酸酯甲酸酯TCECFTCECF，五氟苄基氯甲酸酯，五氟苄基氯甲酸酯PFBCFPFBCF。特点：特点： 该类试剂与酚、胺的衍生反响可以直接在水相中进展，衍该类试剂与酚、胺的衍生反响可以直接在水相中进展，衍 消费物是碳酸酯和氨基甲酸酯。氯甲酸酯作为胺的酰基化试消费物是碳酸酯和氨基甲酸酯。氯甲酸酯作为胺的酰基化试剂，衍消费物色谱性能优良。剂，衍消费物色谱性能优良。 该类试剂的衍生反响产率高，速度极快，只需几秒该类试剂的衍生反响产率高，速度极快
19、，只需几秒- -几分。几分。 衍生反响完成后衍生反响完成后, ,必需去除过量试剂及副产物必需去除过量试剂及副产物. . 烷基氯甲酸酯烷基氯甲酸酯运用运用:以乙基以乙基氯甲酸甲酸酯为衍生衍生试剂。在水相。在水相中衍生氨基酸和二中衍生氨基酸和二肽，用气相色，用气相色谱-阳离子化学阳离子化学电离离质谱GC-PCI-MS和和GC-NCI-MS检测。二。二肽的衍生的衍生和分析和分析时间加起来是加起来是10min6。 Namera 等等7 以以 乙基乙基氯甲酸甲酸酯为衍衍生生试剂,测定了尿液中定了尿液中15种氨基酸种氨基酸,线性范性范围1.0-300g/ml,检出限出限0.5ng/ml.4. 其它衍生试剂
20、其它衍生试剂 1)构成环状衍生物的试剂构成环状衍生物的试剂构成环状衍生物的试剂构成环状衍生物的试剂2)含多个极性官能团的药物可与环化试剂反响生成含多个极性官能团的药物可与环化试剂反响生成含多个极性官能团的药物可与环化试剂反响生成含多个极性官能团的药物可与环化试剂反响生成环状衍生物。环状衍生物。环状衍生物。环状衍生物。3)被测药物常为顺式被测药物常为顺式被测药物常为顺式被测药物常为顺式1 1，2-2-和和和和1 1，3-3-位二官能团化合位二官能团化合位二官能团化合位二官能团化合物。物。物。物。4)常用环化试剂：烷基取代硼酸。主要有甲基、丁常用环化试剂：烷基取代硼酸。主要有甲基、丁常用环化试剂：
21、烷基取代硼酸。主要有甲基、丁常用环化试剂：烷基取代硼酸。主要有甲基、丁基、基、基、基、 苯基、苯基、苯基、苯基、 环己基硼酸。丁基硼酸最好。环己基硼酸。丁基硼酸最好。环己基硼酸。丁基硼酸最好。环己基硼酸。丁基硼酸最好。5)该类反响条件温暖，反响迅速，反响混合物可直该类反响条件温暖，反响迅速，反响混合物可直该类反响条件温暖，反响迅速，反响混合物可直该类反响条件温暖，反响迅速，反响混合物可直接用于接用于接用于接用于GCGC分析。分析。分析。分析。2) 手性衍生试剂手性衍生试剂一些手性试剂在药物和毒物分析中的运用derivatization reagentscompoundsRef.S-(-)-he
22、ptafluorobutyryl prolyl chloridefenfluramine，methylphenidate and its metabolite8-9(-)-mentyl chloroformatemethadone, amphetamine10-11R(+)-2-methoxy-2-phenyl-3,3,3-trifluoropropionyl chlorideamphetamine12 (S)-(-)-(Trifluoroacyl)prolyl chlorideamphetamine13-14 3) 醛、酮类化合物的衍生试剂 醛、酮类化合物普通不用衍生化，但有时羰基的存在会使
23、化合物出现不对称峰或使化合物不稳定或羰基化合物的色谱峰被干扰组分掩盖，这种情况下仍需衍生。 常用衍生方法：成肟、 成腙反响运用： 五氟苄基胲已用于半乳糖15的衍生。 3,5-二三氟甲基苄基胲用于衍生痕量的睾酮，再用 GC-NCI-MS检测16。 挥发性醛类可用2-肼基苯并噻唑衍生，GC-NPD检测17展 望 GC中的衍生试剂及方法未来能够的开展方向主要是：1. 合成和开发具有特异性的新试剂，如手性衍生试剂，适于质谱检测的衍生试剂等。2. 建立现有试剂的新的衍生方法，减少样品的前处置时间。3. 进一步拓展现有试剂的运用范围，特别是在毒物分析及药物分析方面的运用。4. 建立和完善用于气相色谱-质谱
24、检测的衍生物的计算机谱库。参考文献1. Microchem. J. 2019, 55: 3082. J. Chromatogr. B 1994, 660: 2793. Forensic Sci. Int. 2019, 84: 1794. J. Forensic Sci. 2019, 42: 6975. J. Forensic Sci. 2019, 42: 6936. Rapid Commun. Mass Spectrom. 2019, 11: 3497. J. Chromatogr. B 2019, 776: 498. J. Pharm. Sci. 1990, 79: 4659. J. Chromatogr. 1990, 530: 32710. Chirality 1992, 4: 26311. J. Anal. Toxical. 1991, 15: 25612. Anal. Chem. 2019, 68: 301513. J. Anal. Clin. Biochem. 2019, 33: 5014. J. Chromatogr. A 2019, 843: 1-1815. Fresenius J. Anal. Chem. 2019, 355: 58316. J. Chem. Eng. 2019, 15: 10817. J. Chromatogr. A 2019, 752: 209
