气相色谱法
不管我们是否知道，我们在生活的许多方面都依赖于大量的分析技术，从开发药物到保证食品安全，再到执法。然而，许多需要评估的化合物存在于复杂的混合物中，因此，包括色谱在内的化学分离技术是许多分析协议和实验室的核心。
有一系列色谱技术，利用潜在分析物的不同性质，因此每个适用于不同的目的。广义上，它们可以细分为气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)。在本文中，我们将重点关注GC，它是如何工作的，它与下游技术的配对以及它的应用程序是什么。
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什么是气相色谱法?它是如何工作的?气相色谱数据处理
多维气相色谱法
气相色谱法与其他分析技术相结合
气相色谱法的应用
——石化
——生物制药
-个人护理产品
-药物研发
-食品及饮料
——取证
——环境
-代谢组学、脂质组学和蛋白质组学
-大麻科学
什么是气相色谱法?它是如何工作的?
气相色谱分离分析物是基于物理而且化学样品中化合物的性质。样品可以是固体、液体或气体，但在引入气相色谱仪器之前可能需要准备步骤。
对于适合GC分离的分析物，它必须具有足够的挥发性以使其能够通过系统，但热稳定以防止其在分离过程中降解。因此，该技术通常用于125 kDa以下的有机分子和气体。
样品在惰性载气-流动相中被引入气相色谱仪。加热，使样品蒸发。载气包含蒸发样品，然后通过固定相和这里的相互作用导致样品中的化学成分分离出来根据他们的物理和化学性质。不同的固定相可以利用取决于感兴趣的分析物。
分析物与气相色谱固定相的相互作用反过来影响它们从色谱柱中洗脱的速度，这由气相色谱检测器记录。根据感兴趣的分析物的性质，可以使用不同类型的检测器。
而气相色谱通常用于分析容易汽化的样品，检测低离子杂质这很有挑战性。这通常是由于之前注射的污染，需要仔细的故障排除，这可能是耗时的。
对于化合物极性或挥发性无法从气相色谱柱中有效洗脱，则可能需要进行称为“衍生化”的预处理步骤以实现可检测的分析物。
气相色谱数据处理
能够从GC分析生成的大量数据中提取有用的信息是至关重要的。用户必须能够以一种有意义的方式处理它，甚至能够识别可能需要改进方法、排除故障或维护仪器的问题。此时还可以确定进一步分析的目标，例如无法解析峰值。
存储大量的数据是另一个重要的考虑因素，许多人已经转向云解决方案来适应这一问题。数据存储库它可以被其他用户自由挖掘，是一个有价值的来源，可以扩展生成的GC数据的效用，特别是在研究环境中。
效率考虑和数据遵从性，特别是在高通量环境或与供应链相关的环境中，无论是在食品还是药品中，这些都是公司可能选择用于处理GC数据的系统中的重要因素。因此，许多商业实验室使用某种形式的色谱数据系统(CDS)来管理信息。有很多选择和供应商可供选择，所以重要的是选择光盘这非常适合您的特定需求和应用程序。然而，即使这样，不当使用也会导致违反法规。
越来越多的解决方案气相色谱仪器供应商提供的不仅仅是化学分析，还包括数据处理、数据处理和服务包。可以收集仪器性能指标，从而简化建议，有效地分配服务和维护，并减少所需的实际操作时间。
多维气相色谱法
对于高复杂度的样本或需要痕量检测的样本，多维GC可以利用，这在有拥挤或共洗脱分析物峰阻碍有效分离时特别有用。在这里，来自第一轮GC的洗脱液的一部分进行第二次GC分离，通常使用具有不同属性的GC柱，允许有效分离。
气相色谱法与其他分析技术相结合
像GC这样的分离技术可以用连字符连接到其他检测技术。气相色谱最常与质谱(MS)结合使用，其中MS被用来代替气相色谱检测器。它也可以连接到其他光谱检测技术，如傅立叶变换红外光谱(FTIR)。当涉及复杂的混合物时，将气相色谱与一种或多种其他技术相结合，可以强大地实现目标分子的准确和敏感识别。
气相色谱法的应用
气相色谱分离提供了快速、灵敏和简单的检测和识别化学成分，即使是复杂的混合物，直到微量水平。因此，这些特性使得GC在许多应用领域成为一种有利的技术。
-石化
的石化工业提供了复杂分析物的优秀例子，如原油，其中包含数千种化合物，涵盖了广泛的分子量和沸点。气相色谱是一项关键技术，适用于从勘探到精炼，再到测试和制定最终产品，并确保符合行业和环境法规的每个阶段。
——生物制药
在生物制药产品的纯化中，气相色谱起着重要的作用。由行业性质、工艺效能和效率来决定大规模净化是关键需求。
-个人护理产品
消费产品香水、面霜、乳液、洗漱用品和化妆品等不直接消费的产品仍必须经过检测，以确保它们的安全性，并且没有从生产过程中遗留下来的残留物。
-药物研发
在药物发现， GC是确保纯净、安全、优质药物成分和最终进入市场的药物。有这样一种风险溶剂在生产过程中使用的可能会残留在产品中。因此，许多溶剂的化学性质和挥发性使得气相色谱成为检测它们的流行选择。上了头条的药品召回事件，比如雷尼替丁，强调了这些分析在药物安全中的重要作用。在这种情况下亚硝胺被认定为可能致癌的物质，是罪魁祸首。亚硝胺已在一些药物中被发现，并被认为是在药物生产过程中形成的，或污染原料或包装。
-食品及饮料
当涉及到食品行业时，分析测试需求有多个方面，包括一系列安全、质量和真实性方面。最重要的是，生产商希望改进他们的产品，让消费者尽可能地享受产品，同时最大限度地降低成本，简化流程。因此，了解我们饮食体验背后的化学原理对食品和饮料行业的研发工作非常重要。
即使是一个子类别，如污染物检测，也包含广泛的物质真菌毒素来农药即使在低浓度下也需要检测能力。因此，GC可以是一个有用的工具，提供训练有素的用户的选择性和敏感性．气相色谱从复杂混合物中分离有机化合物的能力，包括其他物质，如脂类、酸、矿物质和蛋白质，也使其在食品和饮料分析中发挥了巨大的作用。这使得从婴儿食品中含有农药来鸡蛋中的杀虫剂，到导致的物质葡萄酒中的软木污染．GC及其连字符系统的改进，特别是与食物基质挑战相关的改进减少停机时间，提高系统健壮性，对于在许多食品检测环境中看到的高通量非常重要。
二恶英和相关的化学物质是另一个受到越来越多关注的GC目标，因为它们可以在环境中持续存在和积累，并进入人体食物链即使浓度很低，它们也具有极高的毒性。
食品分析要求在食品包装后也不会停止。食物接触污染物，包括从包装本身的转移，是一个关注的领域，其中一个GC应用。
水，虽然是一个不那么具有挑战性的基质，但可能是污染的中心，其清洁度对环境和消费者来说至关重要。这就需要在水中的多个点进行测试环境和饮用水系统。即使是消毒过程本身就会引入有害物质，因此有效的检测是关键。
而在某些情况下，分析师正在寻找一个特定目标或目标在他们的分析中，目标并不总是已知的。没有针对性检查在这里特别重要，也有助于识别新兴污染物．
塑料微粒它们越来越多地存在于食品和饮料中，尽管它们对我们健康的影响仍有待确定。热分析与气相色谱和质谱相结合是科学家在这些持续研究中可用的工具之一。
在葡萄酒行业， GC已被用于生产过程的许多阶段．随着葡萄酒产区森林火灾问题的日益严重，气相色谱已被应用于检测野火烟雾的污染在水果中，这可以影响风味，在葡萄酒生产之前。在这个过程的另一端，气相色谱也揭示了背后的化学成分酒的气味从而深入了解我们的感官体验。
GC在食品和饮料环境中的一个缺点是，它不提供便携式或手持格式的一些光谱平台的设计快速现场测试因此发挥了不同的分析作用。
——取证
GC在法医分析中发挥着关键作用，无论是在欺诈检测还是在打击非法毒品的战争中。
食品和饮料欺诈是一个价值数百万美元的行业，不仅欺骗了购买者，破坏了经济，而且可能会危及消费者的健康。高价值商品，如古董葡萄酒，精神，橄榄油麦卢卡蜂蜜是骗子的主要目标。然而，即使是价值较低的散装物品也很容易被取代，如干香草和奶粉都成为了目标。
执法部门和那些发展和改变非法行为的人之间正在进行一场军备竞赛设计师药物．随着检测一类化合物的分析工具的出现，其他化合物如雨后春笋般涌现，其中一些即使在少量的情况下也具有令人难以置信的效力。因此，分析人员需要高度具体和敏感的技术检测和识别有害物质。的合成阿片类物质家族芬太尼是一组特别有问题的物质。从GC光谱中，可以预测分析文库中尚未发现的芬太尼的结构，帮助科学家跟上新出现的危险。
的矩阵其中需要检测的非法药物也可能是复杂和具有挑战性的，从血液和尿液到头发、口腔液、呼吸和汗液。然而，这是一个挑战，气相色谱非常适合，因为它能够处理复杂混合物中的物质分离。
——环境
GC用于检测已知的和未知的物质在环境中，有时浓度很低。这些包括农药，塑料微粒，二恶英、尼古丁、化学反应副产物甚至炸药．物质如有机氯农药即使在低浓度下也具有很高的毒性。因此,选择性和敏感性GC使它非常适合这个应用程序。在其他应用中，如微塑料分析，它可能是正确的一是一些技巧在检测过程中使用，两者的组合可以提供更大的检测功率。“环境”样本也不限于室外环境。室内空间，如实验室、制备和制造设施以及洁净室都必须进行监测，以发现和防止不必要的污染。
水是环境样本的常用媒介，尤其是因为它经常连接到消费者系统，但其他样本类型包括土壤也使用植物物质、表面棉签和空气。
-代谢组学、脂质组学和蛋白质组学
当代谢组学仍处于起步阶段时，GC-MS是一项关键技术，使研究人员能够测量代谢产物人体尿液及组织，打开了系统生物学的大门。如今在组学时代，代谢组学、脂质组学和蛋白质组学为健康和疾病提供了宝贵的见解。由于其分辨率、可重复性和峰值容量，气相色谱仍然是该领域的关键分析工具。考虑到代谢组的庞大规模和多样性，增强的报道也可以通过使用2D-GC来实现。
在代谢组学中，气相色谱有助于解开分子水平上的谜团，从而获得更准确的结果死亡时间估计．它正在产生影响的其他领域包括从药物、化妆品成分和污染物、营养基因组学等方面提高对毒性机制的理解，帮助作物科学家改进除草剂和农药以及代谢全基因组关联研究。
像人类代谢组数据库这样的资源正在帮助收集数据，以便研究人员可以共同解码我们体内的代谢途径．然而，这是一个巨大的挑战深度学习伸出援助之手。
在脂质组学中，GC提供了数据，从而提高了对区域的理解干细胞分化以及关于脂肪酸和胆固醇对制药和生物技术有用化妆品行业的疾病风险预测和产品索赔评估．脂质在许多细胞过程中所起的关键作用意味着该技术对新兴的细胞生物学领域也很重要基于脂肪的疾病生物标志物研究。
在蛋白质组学，气相色谱是科学家用来实现有效的蛋白质分离下游分析的基本技术之一。
-大麻科学
在不断增长的大麻产业中，许多分析需求反映了食品和饮料、环境和制药部门的需求。因此，气相色谱也是该领域的关键分析工具。需求范围从精确到敏感的(十亿分之一范围内)检测到农药残留被种植者用于许多植物性作物，用于测试食用和以大麻为基础的饮料为污染物如残留溶剂．一些食物矩阵例如乳糖和糖，对大麻分析来说具有挑战性，特别是当与大麻素的多样性结合在一起时，以及与消费品结合时样本异质性的潜在可能性。然而，改进的气相色谱法在提高大麻耗材的透明度方面起着根本作用，并在克服技术分析挑战．
由于其易挥发的性质，GC一直受到青睐萜烯测试．最近顶空固相微萃取(HSPM)结合GC-MS在这里得到了广泛的应用，因为它是非破坏性的，可以消除共提取基质的干扰。
在受管制的大麻药物方面，最终产品也必须经过质量控制确保大麻药物中活性成分的安全性、纯度和正确剂量。与其他基于色谱的方法不同，气相色谱可以进行效价测试，萜烯分析，农药筛选和残留溶剂分析，所有这些都有助于保护消费者市场，使气相色谱成为一种有效的方法多功能工具在这个空间．
大麻产业持续增长在美国，GC似乎将继续成为大麻科学的关键工具。
致力于气相色谱技术的绿色未来
虽然GC是一种非常宝贵的技术，但它远非环保，需要大量的电力输入来维持真空、压力和温度，并且在运行设备和分析本身时会产生有害的废物。然而，科学家和工程师正在共同努力创造设备解决方案减少对环境的影响．
