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未來已來，行則將至 | 氫氣結合反吹技術助力GCMS分析降本增效
氫氣作為可再生能源，相較于氣質聯用中常用的氦氣而言有諸多優勢。例如可以通過經濟高效的方式生成氫氣、用作載氣時可以實現快速色譜分析和更高的樣品通量，作用于離子源時可以減少或防止污染物積聚并延長儀器的正常運行時間。這次氣質聯用創新技術專題將帶大家詳細了解安捷倫專有的智氫潔技術（JetClean）、氫氣惰性離子源（HydroInert）以及優勢反吹技術（BackFlush）如何從質譜和色譜的角度互相配合、巧妙地應用氫氣特點助力實現更低成本、更高通量的分析應用。
智氫潔 JetClean
Agilent JetClean 智氫潔技術直接將氫氣通入離子源中，借助氫氣的活性氣體特性可大大減少甚至消除手動清潔離子源的需求，從而最大程度延長儀器的正常運行時間、提高樣品通量。對于開展包含復雜基質的食品、環境、消費品和材料分析的高通量實驗室而言，減少離子源維護就意味著顯著提高實驗室效率。依據我們的用戶反饋，使用 JetClean 之后離子源的清洗頻率降低了90%，甚至分析結果也有改善【1】。
JetClean 具有兩種可選的工作模式：
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僅清潔模式 – 氫氣在樣品分析完成之后才被引?系統做單獨的清潔工作。
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采集和清潔模式 – 少量氫氣（約 0.1 mL/min）會被引?離子體在分析的同時減少和清除離子源的污染物。
圖 1 中顯示的是 JetClean 在僅清潔模式下工作的提取離子譜圖示例。提取的離子 m/z=55 和 57 反映的是碳氫化合物的背景污染，m/z=91 反映芳烴類化合物的背景污染。不難看出，快速的輕度處理只需要不到 2 分鐘，可以根據樣品情況調整參數進?清潔以去除不同程度的污染。
圖 1. 智氫潔在僅清潔模式下工作的提取離子譜圖
圖 2 顯示配備了 JetClean 的單四極桿（GC/MSD）和三重四極桿（GC-MS/MS）在設置“采集和清潔模式”時的軟件界面。軟件同步提醒在采集的同時引入氫氣可能會改變質譜圖結果，這是因為氫氣作為活性氣體有可能會與我們分析的目標化合物發生還原反應。因此，部分應用場景下并不適合使用 JetClean 的“采集和清潔模式”，但是 Agilent HydroInert（氫氣惰性離子源）的推出讓氫氣即使作為 GCMS 載氣使用也能獲得很好的質譜圖還原度。
圖 2. “ 采集和清潔 ” 模式下的氫氣流量設置界面
氫氣惰性離子源 HydroInert
在先前的專題中我們已經看到，氫氣作為 GCMS 載氣時分離度、峰型、分析速度等諸多方面優于氦氣作為載氣的效果（未來已來，行則將至 | 氫氣作為 GCMS 載氣分析多環芳烴 ）。圖 3 顯示了以禁用偶氮染料的分析為例、氫氣作為載氣分析致癌芳香胺的結果。與 GB/T 17592-2011 《紡織品 禁用偶氮染料的測定》對比，氫氣作為載氣時獲得了更快的分析速度（18 min 縮短至 10 min，效率提升了 1.8 倍！）以及更好的分離度（以圖中虛線框示意為例）。
圖 3. 氫氣作為載氣的偶氮染料分析譜圖以及與標準中的譜圖對比
由于偶氮染料分析的常用采集模式為全掃描，我們在圖 4 的軟件界面中顯示了各個目標化合物與 NIST 譜庫的匹配分數，在獲得了更高通量結果的同時，可以看到 HydroInert 離子源的質譜圖還原度很好。不僅全部目標化合物的匹配分數都在 90 以上，圖中示例的 5-硝基-鄰甲苯胺也獲得了與 NIST 高度一致的質譜圖結果，充分說明使用 HydroInert 離子源時氫氣的活性特點對于偶氮染料的分析沒有產生影響。
圖 4. 使用 HydroInert 離子源獲得的質譜圖還原度示例
反吹技術 BackFlush
反吹是在最后一種目標化合物流出色譜柱后使載氣氣流反向吹掃的一種技術，氣流反向功能可以由安捷倫吹掃 Ultimate 接頭（PUU） 提供。由于反向氣流可以將不需要分析的高沸點化合物帶出柱頭并進入分流出口捕集阱中，反吹技術經常被用作復雜基質分析中提升系統穩定性的關鍵技術【2】，并且反吹在提升通量方面還有更重要的功能：縮短運行時間。
依然以偶氮染料分析為例，圖 5 中偶氮染料分析實際樣品的黑色譜圖結束時間 10.5 min 處最終柱溫為 240℃，此時全部目標化合物均已流出色譜柱。然而，實際樣品中有許多更高沸點的化合物仍然在色譜柱中。藍色空白運行前段使用和樣品相同的升溫程序，譜圖并沒有低沸點化合物殘留；而后端持續將柱溫箱升溫至 310℃ 并保持 10 min，能夠發現前一針樣品殘留大量的高沸點化合物。因此，為了實際樣品中更高沸點的化合物能夠全部流出色譜柱，我們需要更高的柱溫、更長的時間來保證下一針的運行結果。
在這次的示例里，我們使用 PUU 連接兩根相同的 10 m 色譜柱實現柱中反吹功能，我們不僅可以在完整的運行之后（10.5 min 后）將氣流反向、吹出高沸點化合物，還可以在目標化合物流出第一根色譜柱、經過 PUU、到達第二根色譜柱時就提前開啟反吹！使用反吹向導（圖 6），軟件將自動運行樣品、優化提前開啟反吹的時間，并且驗證最后的目標化合物是否依然保留。最終，圖5中綠色譜圖顯示了提前開啟反吹進行實際樣品分析（分析結束時間仍然為 10.5 min），而緊接著紅色譜圖的空白運行顯示反吹之后系統沒有任何高沸點化合物的殘留。
圖 5. 不執行反吹的實際樣品（黑色）與空白運行（藍色）；以及執行反吹的實際樣品（綠色）與空白運行（紅色）的譜圖對比
圖 6. 反吹向導自動優化反吹時間并縮短運行時間的示例
結語
未來已來，氫氣作為可再生資源在氣質聯用上具有寬廣的應用前景。安捷倫專有的智氫潔技術（JetClean）讓氫氣作為活性氣體維持離子源的潔凈，且在部分應用展現出更好的分析性能。全新的氫氣惰性離子源（HydroInert）進一步把氫氣作為載氣帶入實際 GCMS 分析中，在氫氣改善分析性能的同時保持了質譜圖的還原度、不需要擔心質譜特征離子的改變且繼續使用氦氣建立的質譜庫。從色譜角度出發，反吹技術通過載氣的反向吹掃將不需要分析的高沸點化合物帶出柱頭，不僅有利于減少色譜系統維護，更是可以用于開發快速運行的方法。特別是在諸如氫氣作為載氣的快速分析中，無須再增加高溫、長時間的色譜柱烘烤，最大限度地提升分析通量。氫氣與反吹技術的結合不僅是消除了“氦氣焦慮”，更是將“降本增效”發揮到極致、改變和顛覆我們對于氣質聯用性能的認知。
表 1. 安捷倫優勢技術的作用原理與功能優勢總結
*：部分應用使用“采集和清潔”模式時