GC衍生化试剂应用

By: Jay Jones and Katherine StenersonReporter US Edition 25.1


 简介

与HPLC等其他技术相比,GC分析的分析物范围会有些限制。造成这种情况主要有两个原因,即化合物挥发度较低,没有或热稳定性较差。一种应对方法是利用衍生化处理将分析物修饰成更“GC亲和”的形式。


 BSTFA+TMCS作为GC衍生化试剂

衍生化技术涉及特殊的衍生化试剂与目标分析物的反应。根据分析物特征和功能性可选用各种试剂。GC分析较常用的反应之一是将三甲基硅烷(TMS)官能团引入化合物。此过程又称为三甲基硅烷化。N,O-双(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺(又名BSTFA)常用于这种反应。

各种官能团对给定硅烷化试剂的衍生化难易度排序:醇>苯>羧酸>胺>酰胺。在此序列内,对特定硅烷化试剂的反应性还会受空间位阻影响。因此,其对醇类的反应活性排序依次为:一级>二级>三级,胺类反应活性排序:一级>二级。

对中等受阻或反应慢的化合物,可添加催化剂到BSTFA中。一些较常用的催化剂是三甲基氯硅烷(也叫TMCS)、三氟乙酸、盐酸、乙酸钾、哌啶、O-甲基羟胺盐酸盐和吡啶。


 衍生化过程考虑因素

进行衍生化反应时必须注意一些参数。比如,醇在室温下可能几分钟就完全衍生化。但酰胺或空间位阻羧酸在更高温度下仍可能需要几小时才能完成反应。

除时间和温度外,试剂浓度也很重要。建议加入过量硅烷化试剂。一般情况下,至少按照添加BSTFA对活性氢2:1摩尔比的比例添加。

大多数衍生化试剂对水敏感。水的存在会减慢或完全终止反应。湿气也会分解TMS试剂或形成的衍生物。因此建议将衍生化试剂储存于含有干燥剂的第二层容器中。另外,待衍生化萃取物应除去湿气。


 衍生化示例

未衍生化时,雌激素类化合物和麦角酸二乙酰胺(LSD)进行GC分析的响应很弱或无响应。引入TMS基团后,这些分析物显示出极好的峰形和响应。下节详述了控制了上述过程考虑因素的步骤,确保衍生化反应完全。

四种雌激素类化合物中,三种在75°C下30分钟内完全衍生化。但是,30分钟内雌三醇的活性氢只有两个被烷基化(根据GC-MS获得的光谱数据)。萃取物在75°C下进行第二次衍生化,反应时间增加到45分钟。室温放置过夜后,GC-MS分析确认全部三个活性氢原子都已被TMS基团替代。图1展示了最终的色谱图。
 

雌激素类化合物的GC分析

图1.雌激素类化合物的GC分析

麦角酸二乙酰胺(LSD)在与雌激素类化合物相似的条件下进行衍生化,但温度为68°C。反应每隔30分钟取样。在这个温度,这一反应即使超过5小时也从未超出60%的完成度。然后将温度调高到75 °C。更高的温度推动反应到达近95%的完成度。GC分析即使近3小时后仍能检测到LSD和LSD(TMS)峰形,意味反应没有达到100%完成度。色谱图见图2

 

.LSD-TMS的GC分析

图2.LSD-TMS的GC分析

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 结论

衍生化反应使广泛的分析物能进行GC分析。但是少数反应参数可能需要试错优化。示例中,温度和时间对使反应接近完全都很重要。这两个实例说明每个衍生化反应必须优化达到高比例完成度,才能得到良好的峰形和检测器响应。


 参考文献

  1. D. R. Knapp, Handbook of Analytical Derivatization Reactions, John Wiley & Sons, New York, 1979.

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