【摘要】 本文介绍GC×GC×EI/FI-MS与GC×GC-FID联合技术在水热液化生物油中间馏分表征中的应用，涵盖含氧化合物与碳氢化合物的分离、鉴定与定量分析，助力生物油在能源与化学品领域的应用开发。

综合二维气相色谱-质谱联用技术（GC×GC-MS）近年来已成为生物油成分分析的重要工具。尽管以往研究多侧重于其分离能力，仅将质谱作为辅助鉴定手段，结合通用型火焰电离检测器（FID）实现定量，但在面对生物油这类高度复杂的含氧-碳氢混合物时，二维气相色谱展现出了远优于一维方法的分离能力与检测灵敏度。通过整合GC×GC-FID与GC×GC×EI/FI-MS，研究者实现了对水热液化（HTL）生物油中间馏分中绝大多数含氧化合物和碳氢化合物的分离、检测、鉴定与定量。这一全面分析能力极大推动了生物油在燃料、供热和化学品等多领域的应用研究。

Cheng 等人采用 GC×GC×EI/FI-MS 及 GC×GC-FID 对HTL生物油中间馏分进行了系统表征，充分发挥了场电离质谱（FI-MS）在二维分离后的三大优势：不仅可对每一同系物类别进行准确表征，还能够有效区分含氧与碳氢类同系物，同时为弱色散组分提供更高质量的电子电离质谱（EI-MS）数据，辅助完成结构解析。

图1 GC × GC × EI/FI-MS仪器的设置

实验所采用的质谱仪为JMS-T100GCV4G（JEOL, Japan）飞行时间质谱系统，具备高分辨率（8000 FWHM）与高精度（5 ppm），并支持电子电离（EI）和场电离（FI）模式的快速切换。切换过程在5分钟内完成，无需泄真空，不影响二维色谱保留行为，采样率高达50 Hz，完全满足GC×GC对采样速度的要求。

图2 HTL生物油样品的GC × GC- FID色谱图

尽管从GC×GC-FID、GC×GC×FI-MS及GC×GC×EI-MS得到的总离子流色谱图（图2–4）在视觉上高度一致，反映出各组分保留行为的高度重复性，便于跨数据平台比对，但不同检测手段之间的响应差异显著。FID作为通用型检测器，其对碳氢化合物响应较为均匀，但其信号强度仍与化合物中碳数相关。而对含氧化合物，FID响应因子因官能团差异而有显著变化，因此需依官能团进行个别校准，才可实现准确定量。

图3 HTL生物油样品的GC × GC × FI-MS总离子色谱图

本研究通过GC×GC×MS实现“纳米级”分离维度，成功解析了HTL生物油中共流出成分，系统表征了主要烃类及含氧同系物。在含氧化合物中，芳香醇占主导地位，脂肪酮与芳香酮也是重要组成。该工作不仅充分展示了高维分离技术的威力，也为后续催化剂开发、反应网络构建、工艺建模与放大提供了坚实的数据基础。

需要注意的是，高沸点、高极性区域中某些微量组分的结构鉴定仍存在一定不确定性，现有质谱数据库尚不足以支撑其高效鉴定。未来可结合元素特异性检测及光谱技术，进一步提升官能团识别与定量的准确性。

 

参考文献：1.Wang, F. C.-Y., Compositional Characterization of a Hydrothermal Liquefaction （HTL） Bio-Oil Mid-Distillate by Comprehensive Two-Dimensional Gas Chromatography （GC × GC）. Energy & Fuels 2022, 36 （24）, 14976-14985.

 

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