煤焦油沥青GC-MS分析
【摘要】煤焦油沥青是一种成分极其复杂的混合物。
煤焦油沥青用甲苯萃取后，借助于气相色谱质谱联用仪（GC-MS）可以测定其中的芳烃和杂环化合物，为提高煤焦油沥青附加值利用提供实验依据。
【关键词】煤焦油沥青（CTP）；甲苯；萃取；气相色谱质谱联用仪；芳烃
1.引言
气相色谱法（Gas Chromatography）是一种广泛应用非常广泛的分离手段，它是以惰性气体作为流动相的柱色谱法，其分离原理是基于样品中的组分在两相间分配上的差异。
气相色谱法虽然可以将复杂混合物中的各个组分分离开，但其定性能力较差，通常只是利用组分的保留特性来定性，这在欲定性的组分完全未知或无法获得组分的标准样品时，对组分定性分析就十分困难了。
随着质谱、红外光谱及核磁共振等定性分析手段的发展，目前主要采用在线的联用技术，即将色谱法与其它定性或结构分析手段直接联机，来解决色谱定性困难的问题。
气相色谱-质谱联用（GC-MS）是最早实现商品化的色谱联用仪器，实验一次进样体积仅为0.2µL，可以节省不少原料，因此，小型台式GC-MS使用较为普遍。
2. GC/MS的使用原理
气相色谱（Gas Chromatography，GC）具有极强的分离能力；质谱（Mass spectrometry，MS）对未知化合物具有独特的鉴定能力，且灵敏度极高，因此GC-MS是分离和检测复杂化合物的最有力工具之一。
质量分析器是质谱仪的核心，它将离子源产生的离子按质荷比（m/z）的不同，在空间位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。
标准质谱图是在标准电离条件——70eV电子束轰击已知纯有机化合物得到的质谱图。
在气相色谱-质谱联用仪中，进行组分定性的常用方法是标准谱库检索。
即利用计算机将待分析组分（纯化合物）的质谱图与计算机内保存的已知化合物的标准质谱图按一定程序进行比较，将匹配度（相似度）最高的若干个化合物的名称、分子量、分子式、识别代号及匹配率等数据列出供用户参考。
3. GC/MS在煤焦油沥青成分分析中的应用
3.1实验试剂与仪器简介
表3.1 实验药品与试剂一览表
名称分子式分子量品级生产厂家
煤焦油沥青无无无无
四氢呋喃C4H8O 72.11 分析纯天津市科密欧化学试剂有限公司
甲苯C6H5CH3 92.14 分析纯天津市风船化学试剂有限公司
正庚烷 CH3(CH2)5CH3 100.2 分析纯中国宿州化学试剂在限公司
表3.2主要仪器一览表
名称型号量程生产厂家
分析天平AW220 220g 日本岛津公司
气质联用仪GC-MS G PC-GCMS 日本岛津公司
仪器名称：毛细管气相色谱仪；仪器型号：SHIMAPZU G C-2010；生产厂商：日本SHIMADZU；技术指标——检测器：FID（氢焰离子化检测器）；柱子固定液：DB-1；温度范围：室温+4℃——450℃；温度准确性：+1%（能以0.01℃校准）；温度偏差：2℃以内（在距内壁30mm，直径200mm的圆周上）；室温变化关连性：0.01℃/℃；程序段数：20段（可降温程序）；程序比率设定范围：-250～250℃/min；程序合计时间：～9999.99min；附带配件：空气发生器、氢气发生器。
仪器名称：气质联用仪GC/MS；仪器型号：GPC-GCMS；生产厂商：日本岛津公司；主要特点：杰出的灵敏度S/N≥185!; 创新技术实现更高灵敏度；Scan/SIM同时快速测定；实现真正的fast-GCMS分析；更宽的质量范围1-s——1090amu；AART保留时间自动校正功能；COAST自动创建SIM表功能；强大的报告生成软件；丰富的选配件及应用数据库；仪器具备出类拔萃的检测能力和分析效率。
岛津QP2010 质量范围到1024真空系统为双分子泵差动排气，260L/65L。
此外，He气源（99.99%）、毛细管色谱柱、1μl微量进样器。
3.2 GC/MS测定煤焦油沥青中成分
（1）以煤焦油沥青作为溶质，分别以四氢呋喃、甲苯作为主溶剂，正庚烷作为辅助溶剂，其中溶质质量百分数为30%，溶剂质量百分数为70%，配成三种溶液，静置24小时后，开始用GC/MS进行测定。
（2）参数设置，HP-5MS型毛细管柱(长30m，内径0．25 mm，膜厚0.25µｍ)；氦气为载气，流速1.0mL/min；分流比20:1；进样口温度300℃；EI源，离子化电压70eV，离子源温度230℃；质量扫描范围30～500amu．升温程序为：初始温度为60℃，5℃/min升至220℃(3min)，5℃/min升至240℃(3 min)，5℃/min 升至300℃(5min)。
一次进样为0.2µl，分离的各组分采用计算机检索标准化合物质谱图对照定性，采用峰面积规一化法计算各组分的相对百分含量。
（3）数据的采集，在Instrument Control界面中，单击绿箭头图标，出现Acquisition-Sample Information界面，分别输入Operator name、Data File Name(文件名)、Sample Name等栏的内容，单击Start Run，稍后出现进样的提示框；用微量进样器（容量为1μl）进样0.2μl溶液，按下GC键盘上的Start键开始。
出现“Override solvent delay ?”的提示时，单击No或不作任何选择；双击桌面上的Data Analysis图标，进入数据分析界面，在Files菜单中选择Take Snapshot(快照)可得到截至快照时刻的所有数据。
主溶剂为甲苯时，CTP的气质分析图
甲苯萃取煤沥青组分检测的整体质谱图
甲苯萃取煤沥青组分检测的前半部分质谱图放大
甲苯萃取煤沥青组分检测的后半部分质谱图放大
由图可知，甲苯溶解的煤沥青中的主要成分如表1，表2：
主溶剂是四氢呋喃时，CTP的气质分析图
四氢呋喃萃取煤沥青组分检测的整体质谱图
四氢呋喃萃取煤沥青组分检测的前半部分质谱图
四氢呋喃萃取煤沥青组分检测的后半部分质谱图
4.结论
用甲苯和四氢呋喃萃取后的沥青溶液，用气相色谱质谱联用仪进行分析后，基本将里面的主要成分测定出来，GC/MS是一种相当不错的定量定性分析手段。
表1 甲苯萃取煤沥青的检测成分
表2 四氢呋喃萃取煤沥青的检测成分
参考文献：
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[7]吴红，宗志敏，七台河煤焦油沥青的柱层分离及GC-MS分析，徐州师范大学报（自然科学）第29卷第1期2011年3月
通讯作者：
王留成（1963-），男，博士，硕士生导师，郑州大学教授，研究方向：有机电合成与精细化学品。