达硕信息与雪景电子科技在全二维气相色谱领域深入合作

达硕信息与雪景电子科技在全二维气相色谱领域深入合作

2016年1月 15  日，大连达硕信息技术有限公司（以下简称：达硕信息）与雪景电子科技（上海）有限公司依托各自优势，在全二维气相色谱（GC×GC）数据分析软件开发、产品推广及解决方案展开全面合作，达硕信息也成为雪景电子科技国内首家合作经销商。

    达硕信息是国家级高新技术企业，是国内为数不多的具备算法创新能力，提供数据处理软件产品和服务，及行业数据个性化解决方案的企业。公司海外归来的同事具有很强的全二维色谱分析及其复杂数据分析处理背景，在国际领先的Philip Marriott研究组从事多年的全二维化学计量学相关算法研究，研究成果丰硕，获得广泛的国际认可。

关于雪景电子科技

雪景电子科技（ 上海）有限公司致力于以全二维气相色谱为主的先进色谱技术的研发、销售、推广、以及技术咨询服务。公司由留美海归博士创办成立，技术研发实力雄厚，人才配备精良。研发团队拥有世界顶尖分析仪器公司研发实验室多年工作经验，对全二维色谱的系统开发和应用实践有着深刻的理解和丰富的经验。

一、全二维气相色谱简介（GC×GC）

全二维气相色谱（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography, 简称GC×GC）是上世纪九十年代在传统的一维气相色谱基础上发展起来的一种新的色谱分析技术。其主要原理是把分离机理不同而又互相独立的两支色谱柱以串联方式连接，中间装有一个调制器（Modulator）, 经第一根柱子分离后的所有馏出物在调制器内进行浓缩聚集后以周期性的脉冲形式释放到第二根柱子里进行继续分离，最后进入色谱检测器（图1）。这样在第一维没有完全分开的组分（共馏出物）在第二维进行进一步分离，达到了正交分离的效果。

图1 全二维气相色谱原理图

■全二维色谱图

  检测器的信号经过专业软件重整合并后可以生成直观的全二维色谱图。一般以第一根柱上的保留时间为横坐标, 第二根柱上的保留时间为第二横坐标，信号强度为纵坐标做三维图；或以第一根柱上的保留时间为横坐标，第二根柱上的保留时间为纵坐标，信号强度以颜色深浅区分的二维等高图或轮廓图。

■技术特点

        相比于传统的一维气相色谱，全二维气相色谱的主要优势在于

        →分辨率高，峰容量大

        →灵敏度高

        →不同种类的化合物在色谱图上的分布有规律，便于定性分析

■调制器（Modulator）

  全二维色谱最核心的部件是调制器，根据调制的类型，可分为气流式调（Flow modulator）和热式调制器（Thermal modulator）。气流式调制器也称阀调制器，通过一段固定长度的样品管路和两个切换阀来实现馏分的聚集和释放。该技术安装简单，调制范围广，但配置灵活性差，性能不理想，而且与质谱配合时大量样品都需要被分流（因为质谱的进口流量一般不超过1-2ml/min，而气流式调制器的出口流量一般在20ml/min左右），从而影响灵敏度，目前实际应用并不普及。而热式调制器采用对某段色谱柱进行反复冷却和加热实现组分在色谱柱内的聚集和释放，配置灵活，性能更好，是目前主流的调制器类型。LECO和ZOEX是目前世界上主要的两家热调制器生产厂家（均为美国公司），国内目前以研究仿制为主，还未形成有竞争力的商业化产品。这些市场上主流的热调制器均采用大量制冷剂（液氮、液态二氧化碳或制冷空气等）进行制冷，使用不方便，维护成本高，难以在基层实验室进行推广。

■主要市场

全二维气相色谱技术相比传统一维色谱，分离能力大大增强，特别适合于针对复杂样品的高分辨解析，或者是在含有较大本底物质的样品中针对某些特定痕量物质的分析检测。目前主要用于以下行业和市场

        →石油化工（油品分析，工艺检测，溢油分析）

        →环境检测（挥发性有机物，PM2.5溯源，持久性有机物）

        →食品药品（非法添加，农药残留，特色鉴定）

        →香精香料（有效成分，添加物、残留物分析）

        →生物医疗（代谢组学，呼气检测）

二、新一代全二维气相色谱技术

    针对现有热调制器和全二维气相色谱使用不便的问题，雪景电子科技（上海）有限公司与达硕信息在硬件设计、配置优化、数据处理等方面进行了一系列的创新，推出了以新型固态热调制器为基础的新一代全二维气相色谱技术，为全二维气相色谱在普通实验室甚至实验室外的应用创造了条件。

■新型固态热调制器

  新型固态热调制器采用半导体制冷技术，使全二维气相色谱（GC×GC）彻底摆脱了液氮和其他制冷剂的使用。创新的机械、热管理与模块化设计在保证了产品性能与目前主流热调制器相当的基础上，显著提高了热效率，减小了系统体积和功耗，简化了安装与操作过程（图2）。这些技术进步极大地降低了GC×GC技术的使用难度和运营成本，适合于在常规实验室推广普及。另外，固态热调制器可以简单安装各种气相色谱平台进行使用，首次使全二维气相色谱在野外分析和在线检测的应用成为可能。

图2 新型固态热调制器实物图及装配效果图

主要技术特点和指标

        →制冷方式：半导体制冷元件（TEC），无需任何制冷剂

        →外观：575px×275px×250px

        →重量：5kg

        →电源：110-220VAC, 最大功耗 220W

        →冷区温度：-50—100°C，数字设定，支持多阶程序升温

        →热区温度：40—320°C，数字设定，支持多阶程序升温

        →调制范围：C5-C40

        →调制周期：≥1.5s

        →调制后峰宽：典型值20-25ms

        →吹扫气用量：干燥氮气或空气3-10ml/min（>20psi）, 用于保持冷区干燥

        →通讯接口：USB与PC通讯，同步线与GC通讯

        →人机界面：PC客户端

        →色谱平台：可搭配任何气相色谱平台，包括实验室色谱和便携式色谱

        →创新的电子补气模式

    新一代全二维气相色谱技术在调制器和第二维分析柱之间加入了一路电子控制的补气（图3）。这种全新的工作模式给全二维色谱带来了巨大的优势和灵活性。

图3 带有电子控制的补气模式的全二维气相色谱原理图

    首先，第一维和第二维的流量实现了完全解耦，从而可以方便灵活地对两维流量同时进行优化。而在传统的全二维气相色谱中，第一维和第二维流量相同，一般无法实现同时优化，需要采用额外的二维柱箱对二维分离进行有限的调节（消除峰迂回等）。全新的补气模式省去了二维柱箱配置，进一步简化了系统。更重要的是，灵活的两维流量控制也首次让两维保留时间锁定和比例缩放成为可能，实现了在不同检测器和不同配置条件下谱图的精确对应（详见最新技术应用），为建立特定样品的二维指纹图谱库以及快速筛查和谱图比对铺平了道路。此外，电子补气模式还可以提供一些额外的功能，比如对一维柱的反吹保护等。

■全二维色谱数据处理软件

数据处理一直是全二维色谱技术中的难点和痛点。雪景科技推出的Canvas多维色谱数据处理软件使用了高度智能化的算法，根据使用者的习惯和分析规律，省略了大部分冗余的用户参数，使全二维气相色谱分析更加简洁快速。该数据处理软件可以实现以下功能

        →二维色谱可视化

        →智能化调制周期判定、峰识别和积分（全程自动化，无需客户干预）

        →族分析功能

        →色谱图对比

        →定量与定性分析

        →系统流路计算优化

    此外，还可以根据不同客户的需求，对常用全二维气相色谱功能进行集成和定制，方便客户的日常操作与检测分析。

    ■达硕信息在全二维色谱分析和算法方面拥有丰富的经验，特别是在谱图分析、模式识别、指纹图谱库建立等方面掌握全球领先的核心技术。达硕信息将与雪景科技将展开深入合作，进一步完善二维色谱数据处理软件的功能，并逐步建立典型行业重要样品的二维指纹图谱库，力争降低全二维色谱分析的技术门槛和操作难度，为今后全二维气相色谱分析的普及与标准化作出贡献。

三、发展路线与合作模式

    我们的特点是拥有自主知识产权的简单实用的硬件和软件，以及丰富的全二维气相色谱分析应用和数据处理经验。对于现有的分析检测行业的用户，如果需要对复杂样品进行全面分析，我们可以提供必要的硬件和软件，将常用的一维气相色谱简单升级成全二维气相色谱系统，以达到高分离度高分辨率的要求。同时，我们也将和各行各业的分析检测客户深入合作，根据行业特点，共同开发标准化的全二维分析方法，逐步建立起典型样品的二维指纹图谱库，实现利用非质谱检测器进行样品快速比对和常规筛查，简化分析过程，减少数据处理时间，从而实现全二维气相色谱技术在分析检测行业的普及应用。此外我们也欢迎各仪器厂商和我们进行系统集成等方面的合作，将全二维气相色谱技术进一步推向更广阔的市场，尤其是在线和便携式的检测市场。

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