衍生化试剂气相色谱(GC)应用

Jay Jones, Katherine Stenerson

Reporter US Edition 25.1

简介

与HPLC等其他技术相比，气相色谱分析的分析物范围会有些限制。造成这种情况的两个原因可归因于化合物挥发度较低或没有，或是热稳定性较差。克服这些问题的方法是利用衍生化处理将分析物修饰成更“易于气相色谱分析”的形式。

BSTFA+TMCS作为气相色谱衍生化试剂

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易衍生化度按此排序：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，对醇类的易反应性按此排序：一级＞二级＞三级，胺类排序：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，醇在室温下可能只几分钟就完全衍生化。但是，酰胺或空间位阻的羧酸在提高的温度中可能需要几小时完成反应。

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，至少添加2:1摩尔比的BSTFA对活性氢。

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，待衍生化萃取物应该除去湿气。

衍生化示例

不做衍生化时，雌激素类化合物和麦角酸二乙酰胺(LSD)进行气相色谱分析的响应很弱或无响应。引入TMS基团后，这些分析物显示极好的峰形和响应。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，雌三醇的活性氢中30分钟内只有两个被烷基化（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分析确认了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。

图 1. 雌激素类化合物气相色谱分析

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。升高的温度推动反应到达近95%的完成度。即使近3小时后，气相色谱分析仍能检测到LSD和LSD(TMS)峰形，意味反应没有达到100%完成度。色谱图见图2。

图 2. LSD-TMS气相色谱分析

结论

衍生化反应使广泛的分析物能进行气相色谱分析。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. Knapp DR. 1979. Handbook of Analytical Derivatization Reactions, John Wiley & Sons, New York..