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第一节 气相色谱柱的类型

填充气相色谱柱通常简称填充柱，在实际分析工作中的应用非常普遍。据资料统计， 日常色谱分析工作大约有 80%是采用填充柱完成的。填充柱在分离效能和分析速度方面比 毛细管柱差，但填充柱的制备方法比较简单，定量分析的准确度较高，特别是在某些分析 领域（例如气体分析、痕量水分析）具有独特用途。从发展上看，虽然毛细管柱有逐步取 代填充柱的趋势（例如已有一些日常分析使用 PLOT 柱代替过去常用的气固色谱填充柱）， 但至少在目前一段时期内，填充柱在日常分析中仍是一种十分有价值的分析分离手段。 填充柱主要有气固色谱柱和气液色谱填充柱两种类型。在色谱柱中关键的部分是固定 相。在本节我们将首先介绍柱管的选择及其处理方法，然后再分别重点讨论气固色谱柱和 气液色谱填充柱有关固定相的内容。

一、填充柱柱管的选择与处理

用作填充色谱柱柱管的材料通常有不锈钢管、铜管、铝管、铜镀镍管、玻璃管以及聚四 氟乙烯管等[1-5]。铜管和铝管由于催化活性太强且易变形已不太常用。分析用的填充柱内径一 般采用 2~4 mm，制备用的柱内径可大些，一般使用 5~10 mm。长度可选择 1~5 m。柱子的形 状可以是螺旋形的，也可以是Ｕ型的。使用后者较易获得较高的柱效。如果使用螺旋形的， 应注意柱圈径的大小对柱效会有一定的影响[3-6], 一般柱圈径应比柱内径大 15 倍。 柱材料的选择应依据待分析的样品性质和实验条件而定。如果待分析的样品易分解或具 有腐蚀性，应考虑使用玻璃管或聚四氟乙烯管。玻璃管柱的优点是化学惰性好，制备的柱子 柱效高，便于观察柱子的填充情况，但玻璃管易碎是其缺点。聚四氟乙烯管的优点是耐腐蚀， 缺点是不耐高温高压。在填充柱中目前最常使用的是不锈钢管。它的最大优点是不破碎，传 热性能好，柱寿命长，能满足常见样品分析的要求。缺点是内壁较粗糙，有活性，比较难于 清洗干净。 填充柱的柱管在使用前应该经过清洗处理和试漏检查。清洗的方法与柱管材料有关。对于 不锈钢管，通常先用 10%热氢氧化钠水溶液浸泡，抽洗除去管内壁的油污，然后用自来水洗 至中性。如果用 1:20 的稀盐酸水溶液重复处理一次，则可显著降低柱内壁的吸附作用。玻璃 柱的清洗可参照上面所述的方法，不同的是通常使用洗液浸泡。同样，为了减少玻璃内壁的 活性，可以用 5%二甲基二氯硅烷的甲苯溶液浸泡处理，然后用甲苯和甲醇分别冲洗干净。柱 子的检漏方法比较简单: 可将柱子泡在水里，堵死柱的一端，在另一端通气，若无气泡冒出即 说明柱子无泄漏现象。

我们知道, 色谱分离的基本原理是试样组分通过色谱柱时与填料之间发生相互作用，这 种相互作用大小的差异使各组分互相分离而按先后次序从色谱柱流出。我们把色谱柱内不移 动、起分离作用的填料称为固定相。气固色谱填充柱常采用固体物质作固定相。这些固体固 定相包括具有吸附活性的无机吸附剂、高分子多孔微球和表面被化学键合的固体物质等。 （一）无机吸附剂 这一类吸附剂包括具有强极性的硅胶、中等极性的氧化铝、非极性的炭素及有特殊吸附 作用的分子筛。它们大多数能在高温下使用，吸附容量大，热稳定性好，是分析永久性气体 及气态烃类混合物理想的固定相。 但使用时应该注意: ⑴吸附剂的吸附性能与其制备、 活化条 件有密切关系。不同来源的同种产品或者同一来源而非同批的产品，其吸附性能可能存在较 大的差异；⑵一般具有催化活性，不宜在高温和存在活性组分的情况下使用； ⑶吸附等温线

通常是非线性的，进样量较大时易出现色谱峰形不对称。 (1)硅胶 硅胶是一种氢键型的强极性固体吸附剂，其化学组成为 SiO2?nH2O。品种有细孔硅胶、粗 孔硅胶和多孔硅球等。气相色谱使用较多的是粗孔硅胶，其孔径为 80~100 nm，比表面积近 300 m2/g，可用于分析 N2O、SO2、H2S、SF6、CF2Cl2 以及 C1~C4 烷烃等物质。硅胶的分离能 力主要取决于孔径大小和含水量。用前通常需要经过处理。方法: 对市售的色谱专用硅胶,可 在 200℃下活化处理 2h 后使用； 如果使用市售的非色谱专用硅胶, 则先将硅胶用 6 mol/L 盐酸 浸泡 2h，然后用水冲洗至无 Cl 离子。晾干后置于马弗炉内，在 200~500℃温度下灼烧活化 2h 后降温取出，贮存于干燥器中备用。 (2)氧化铝 氧化铝有五种不同的晶型，气相色谱常用的主要是γ型，具有中等极性，主要用于分析 C1~C4 烃类及其异构体，在低温下也能用于分离氢的同位素。氧化铝具有很好的热稳定性和机 械强度，但其活性随含水量有较大的变化[7]。故使用前通常需对其进行活化处理(在 450~ 1350 ℃灼烧 2h)。为保持使用过程中含水量稳定，可将载气先通过含结晶水的硫酸钠(或硫酸铜)后 再进入色谱柱。经过氢氧化钠处理改性的氧化铝，能在 320~380℃ 柱温下分析 C36 以下的碳 氢化合物，峰形很好。 (3)碳素 碳素是一类非极性的固体吸附剂，主要有活性碳、石墨化碳黑和碳分子筛等品种。活性 碳是无定形碳，具有微孔结构，比表面积大(800~1000 m2/g)，可用于分析永久性气体和低沸点 烃类。若涂少量固定液，可用来分析空气、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、乙炔、乙烯等混合 物。石墨化碳黑是碳黑在惰性气体保护下经高温(℃) 煅烧而成的石墨状细晶，特别 适用于分离空间和结构异构体，也可用于分析硫化氢、二氧化硫、低级醇类、短链脂肪酸、 酚、胺类。上述两种碳素固定相用前都需进行活化处理。方法是先用等体积的苯（或甲苯、 二甲苯）冲洗 2~3 次，然后在 350℃通水蒸汽洗涤至无浑浊, 最后在 180℃活化 2h 即可使用。 碳分子筛又称为炭多孔小球，是聚偏二氯乙烯小球径高温热解处理后的残留物，比表面 积 800~1000 m2/g，孔径约 1.5~2 nm，主要用于稀有气体、空气、二氧化碳、氧化亚氮、C1~C3 烷类分析。多孔炭黑国内外都有商品出售，如由中国科学院化学所研制、天津化学试剂二厂 生产的 TDX-01 和 TDX-02，国外的产品 Carbon Sieve B 等即属于这类。使用前通常在 180℃ 通氮气活化 3~4h，降温后存于干燥器内备用。 (4)分子筛 分子筛是一类人工合成的硅铝酸盐，其基本化学组成为 MO.Al2O3.xSiO2.yH2O，其中 M 代 表 Na+、K+、Li+或 Ca2+、Sr2+、Ba2+等金属阳离子。分子筛具有均匀分布的孔穴，其大小取决 于 M 金属离子的半径和其在硅铝构架上的位置。一般认为，分子筛的性能主要取决于孔径的 大小和表面特性。当试样分子经过分子筛时，比孔径小的分子可进入孔内，比孔径大的分子

则被排除于孔外。气相色谱分析中应用的分子筛通常有 4A、5A 和 13X 等三种类型。前面的 数字表示分子筛的平均孔径，例如 4A 指的是该分子筛的平均孔径为 0.4 nm（10-8 cm）。A、 X 表示类型，其化学组成稍有差异。A 型中 Al2O3 与 SiO2 的比例为 1∶2， 而 X 型的硅铝比 则高一些。分子筛的表面积很大，内表面积通常有 700~800 m2/g，外表面积为 1~3 m2/g。在气 相色谱中主要用于分离 H2、O2、N2、CO、CH4 以及低温下分析惰性气体等。 分子筛极易因吸水而失去活性。 因此， 用前应在 550~600℃或在减压条件下 350℃活化 2h， 降温后贮存于干燥器内。使用过程中要对载气进行干燥处理，样品中如果存在水分也应设法 除去。此外使用时还应注意，某些物质如氨、甲酸、二氧化碳等会被分子筛不可逆吸附。分 子筛是否失效通常可从氮、氧的分离情况来判断。失活后的分子筛可以采用上述方法重新活 化使用。常见的分子筛及其性能见表 2－1。

常用分子筛及其性能[1-3,7]

异构烷烯烃、异构醇类 苯类

环烷类及 5A 分子筛可吸附者

（二）高分子多孔小球 高分子多孔小球（GDX）是以苯乙烯等为单体与交联剂二乙烯苯交联共聚的小球。这种 因此， 聚合物在有些方面具有类似吸附剂的性能， 而在另外一些方面又显示出固定液的性能[8]。

它本身既可以作为吸附剂在气固色谱中直接使用，也可以作为载体涂上固定液后用于分离。 在烷烃、芳烃、卤代烷、醇、酮、醛、醚、脂、酸、胺、腈以及各种气体的气相色谱分析中 已得到广泛应用。其优点主要有: ⑴吸附活性低。无论对非极性物质还是极性物质，使用这种 固定相通常都可以获得对称色谱峰；⑵对含羟基的化合物具有相对低的亲和力。羟基作用力 越强，亲和力越弱。在非极性固定相上出峰次序基本上按分子量大小分离，故特别适合有机 物中痕量水的快速测定; ⑶可选择的范围大。 不仅可以依据样品性质选择合适的孔径大小和表 面性质的产品直接使用，还可以涂上固定液，使亲油性化合物的保留时间缩短，极性组分的 保留时间适当延长，从而增加色谱柱的选择性。此外，高分子小球在高温时不流失，机械强 度好，圆球均匀，较易获得重现性好的填充柱。由中国科学院化学研究所研制、天津化学试 剂二厂生产的 GDX-系列高分子小球产品即属于此类。 在交联共聚过程中，使用不同的单体或不同的共聚条件，可获得不同分离效能、不同极 性的产品。从表面化学性质上可将它们分为极性和非极性两种。为方便读者选用，表 2－2 简 要列出国内外一些重要的高分子多孔小球产品及其性能。详细情况也可参考有关手册[7]。 高分子多孔微球有一个缺点是小球经常带有“静电”，易贴附于仪器和器皿上而难以清 理，通常可用润湿过丙酮的纱布擦拭来消除。

一些重要高分子多孔小球产品及其性能[3,7,9]

最高使用 温度( 温度 ℃)

主要分析用途 烷烃、 芳烃、 卤代烷、 醇、

二乙烯苯、苯乙 GDX-101 烯等共聚物

酮、醛、醚、脂、酸、胺、 腈及各种气体 高沸点物质 同上, 还可分离正丙醇叔丁醇 气体分析

较高沸点化合物 同上, 还可分离正丙醇/ 叔丁醇体系 同上, 还可分离乙酸/苯/

乳白 乳白 淡黄 白 黄

同上 同上 同上 同上 科学院化 学所 上海试剂 一厂 同上

极性单体共聚物 二乙烯苯、三氯

乙烯共聚物 二乙烯苯、苯乙

乙烯、 乙炔、 烷烃、 芳烃、

烯共聚物 二乙烯苯、乙基

卤代烃、 含氧有机化合物 同上, 还可用于正丙醇

乙烯共聚物 二乙烯苯、苯乙

与叔丁醇分离 活泼化合物, 如氯化氢

烯、极性单体共 聚物 二乙烯苯、乙基

及氯中的水 气体、芳烃同系物、含氯

化合物、脂类 浙江黄岩 同上 分析化学 材料厂 同上 同上

硅烷化的 A102 二乙烯苯、苯乙

硅烷化的 B102 二乙烯苯、含氮

极性单体共聚物 同上 二乙烯苯、苯乙

烯、含氮极性单 体共聚物

Porapak P 乙基乙烯苯、二 Porapak Q Porapak Qs 乙烯苯共聚物 硅烷化的 Porapak Q 同上 交联聚丙烯酸酯 交联聚苯乙烯 苯共聚物 聚芳族高聚物 交联聚苯乙烯 苯共聚物 同上

酸、二元醇、烷、脂、酮 Macherey 醛、醚、氟化物 低沸点化合物、永久气 Nagel 同上

体、水、醇 C1-C6 胺类、醇、醛、酮 硫化氢水溶液、氨、腈、

硝基烷、氮氧化物 甲醛、乙炔、水、沸点低

氯与氯化氢等活性物质 中的水 醇类、极性气体 同上 甲醛水溶液组分

（三）化学键合固定相 化学键合固定相又称化学键合多孔微球固定相。这是一种以表面孔径度可人为控制的球 形多孔硅胶为基质，利用化学反应方法把固定液键合于载体表面上制成的键合固体相。这种 键合固定相大致可以分为以下三种类型: ⑴硅氧烷型。 这是以有机氯硅烷或有机烷氧基硅烷与载体表面硅醇基反应， 生成 Si-O-Si-C 键合相。这种键合相的最大特点是热稳定性好。在气相色谱和液相色谱中广泛使用。 ⑵硅脂型。通常利用扩孔后的硅珠表面羟基与醇类的酯化反应生成 Si-O-C 键合相。这种 键合相在一定条件下有水解和醇解的可能性，热稳定性比硅氧烷型稍差。 ⑶硅碳型。将载体表面的硅醇基用 SiCl4 等氯化后，再与有机锂或格氏(Griynard)试剂反应 可制得 Si-C 键合相。这样制备出来的键合相，其最大的特点是对极性溶剂不起分解作用，耐 高温。 在高达 300℃下使用也不容易发生水解。 缺点是制备手续比较麻烦。 除了上述三种类型， 还有一些其它类型的键合相，例如将表面氯化的硅胶与伯胺反应，可以制得-Si-N-C 键合相， 其稳定性和选择性也很好。 与载体涂渍固定液制成的固定相比较， 化学键合固定相主要有下述优点: ⑴具有良好的热 稳定性。例如采用一般涂渍法时，β,β-氧二丙腈，PEG 400 和正辛烷在 80~90℃就开始流失。 若选用 Porasil-S 为骨架得到的键合相，则流失温度可提高到 200℃；⑵适合于做快速分析。 键合相的 H/U-U 图中，有一长的平滑最小 H/U 区域，即线速增加，板高不变；⑶对极性组分 和非极性组分都能获得对称峰。这种固定相具有较均匀的液相结合型分布，在载体表面上的 液膜很薄，因此液相传质阻力小，柱效高；⑷耐溶剂。特别是耐极性溶剂的抽提。化学键合 固定相在气相色谱分析中常用于分析 C1~C3 烷烃、烯烃、炔烃、CO2、卤代烃及有机含氧化合 物。国产商品主要有上海试剂一厂的 500 硅胶系列与天津试剂二厂的 HDG 系列产品, 国外的 品种主要有美国 Waters 公司生产的 Durapak 系列。

三、气液色谱填充柱 气液色谱填充柱中所用的填料是液体固定相。它是由惰性的固体支持物和其表面上涂渍 的高沸点有机物液膜所构成。通常把惰性的固体支持物称为“载体”, 把涂渍的高沸点有机物 称为“固定液”。 （一）载体

载体又称担体，是一种化学惰性的物质, 大部分为多孔性的固体颗粒。它的作用是使固定 液和流动相间有尽可能大的接触面积。 一般对载体有以下要求: 即有较大的表面积；孔径分布 均匀；化学惰性好，即不与固定液或样品组分起化学反应；热稳定性好；有一定的机械强度； 表面没有吸附性或吸附性能力很弱。在实际工作中要找出完全满足上述要求的载体比较困难， 只能根据具体分析对象选出性能比较优良的载体。 (1)载体的种类与性能 能用于气相色谱的载体品种很多，大致可分为无机载体和有机聚合物载体二大类。前者 应用最为普遍的主要有硅藻土型和玻璃微球载体。后者主要包括含氟塑料载体以及其它各种 聚合物载体。国内一些常见的重要载体及其性能见表 2－3。

硅藻土载体 硅藻土载体 经 HMDS 处理的 6201 经釉化处理的 6201 特种高硅玻璃 聚四氟乙烯烧结塑料 硅藻土载体

经过酸洗、DMCS 处理 非酸洗硅藻土载体 酸洗硅藻土载体 硅藻土载体经过酸洗、DMCS 处理 硅藻土载体经过酸洗、HMDS 处理 硅藻土载体 聚四氟乙烯载体 硅藻土载体 Chromosorb W 经过酸洗 Chromosorb W 经过酸洗、DMCS 处理 同上，高效载体

同上同上 同上 同上 同上

同上 同上 同上 同上 同上

同上 同上 同上 同上 同上

同上 同上 同上 同上 同上

表面涂全氟聚合物的 硅藻土载体

①硅藻土型 硅藻土型载体使用的历史最长，应用也最普遍。这类载体绝大部分是以硅藻土为原料制 成的。在天然硅藻土中加入木屑及少量粘合剂于 900℃左右煅烧，就得到红色硅藻土载体，如 国产的 6201 载体及国外的 C-22 火砖和 Chromosorb P 即属于这一类。如果将天然硅藻土经盐 酸处理后干燥，再加入少量碳酸钠助熔剂在 1100℃左右煅烧，就得到白色硅藻土载体。属于 这一类载体的有国产的 101 白色载体、405 载体，国外的 Celite 和 Chromosorb W 载体。 红色和白色硅藻土载体的化学组成基本相同，内部结构相似，都是以硅、铝氧化物为主 体,以水合无定形氧化硅和少量金属氧化物杂质为骨架。但是它们的表面结构差别很大，红色 载体和硅藻土原来的细孔结构一样，表面孔隙密集，孔径较小，表面积大，能负荷较多的固 定液。由于结构紧密，因而机械强度较好。与此相反，白色硅藻土载体在烧结时由于助熔剂 的作用，硅藻土原来的细孔结构大部分被破坏，变成了松散的烧结物。此种载体孔径较粗， 表面积小，能负荷的固定液小，机械强度不如红色载体。但是和红色载体相比，它的表面吸 附作用和催化作用比较小，能用于高温分析，特别是应用于分析极性组分时易获得对称峰。 ②玻璃微球 玻璃微球是一种有规则的颗粒小球。它具有很小的表面积，通常把它看做是非孔性、表 面惰性的载体。为了得到较为理想的表面特性，增大表面积，使用时往往在玻璃微球上涂敷 一层固体粉末，如硅藻土、氧化铁、氧化锆等[11,12]。 也有人用含铝量较高的碱石灰玻璃制成 蜂窝状结构的低密度微球；或用硅酸钠玻璃制成表面具有纹理的微球；或用酸、碱腐蚀法制 成表面惰性、多孔性的微球等。这类载体的优点是能在较低的柱温下分析高沸点物质，使某 些热稳定性差但选择性好的固定液获得应用。缺点是柱负荷量小，只能用于涂渍低配比固定 液。另外，柱寿命较短。国产玻璃微球性能很好，已有各种筛目的多孔玻璃微球载体可供选 择。 ③氟载体 这类载体的特点是吸附性小、耐腐蚀性强，适合用于强极性物质和腐蚀性气体分析。其 缺点是表面积较小， 机械强度低， 对极性固定液的浸润性差， 涂渍固定液的量一般不超过 5%。 这类载体主要有两种，常用的是聚四氟乙烯载体，通常可以在 200℃柱温下使用。随着聚合和

加工条件的变化，不同型号的聚四氟乙烯载体其表面结构略有差异。国外的产品有 Teflon, Chromosorb T, Halopart F 等，国内上海试剂总厂也有产品。除聚四氟乙烯载体外，还有聚三氟 氯乙烯等氟氯载体，如国外的产品 Ekatlurin, Daiflon, Kel-F300 和 Halopart K 等。与聚四氟乙 烯载体相比，氟氯载体的颗粒比较坚硬，易于填充操作，但表面惰性和热稳定性较差，使用 温度不能高于 160℃。

(2)载体的表面活性和去活方法 一种理想的载体，其表面应该无吸附性和催化性，在操作条件下不与固定液和样品组分 反应。但是实际上载体表面完全没有吸附性能和催化性能是不可能的。实验表明，经过灼烧 后制成的硅藻土类载体，其表面既有催化活性，也有吸附活性。当载体表面存在氢键活性作 用点时，分析能与硅醇、硅醚形成氢键的物质例如水、醇、胺等一类化合物时就会观察到相 应组分色谱峰的拖尾；同样，用具有酸性(或碱性)作用点的载体分离碱性(或酸性)化合物时也 会引起相应色谱峰的拖尾，甚至发生一些醇类、萜类、缩醛类等化合物的催化反应。引起载 体表面活性的原因主要有三: ⑴表面硅醇基团。载体表面存在的硅醇基团（-Si-OH ）能与醇、胺、酸类等极性化合物 形成氢键，发生吸附，引起色谱峰的拖尾； ⑵无机杂质。载体中通常存在少量金属氧化物，在表面形成酸性或碱性活性基团。酸性 活性基团能吸附碱性化合物甚至发生催化反应。碱性活性基团可以引起酸类及酚类物质的吸 附，造成色谱峰严重拖尾。 ⑶微孔结构。硅藻土载体本身有许多孔隙，孔隙的分布与孔径的大小对载体性质有很大 影响。孔径小于 1?m 的微孔会妨碍气体扩散，还会产生毛细管凝聚现象。例如红色载体存在 许多这种微孔，它是产生吸附的主要原因。 为了取得好的分离效果，特别是在分析极性、酸碱性以及氢键型样品时获得对称的色谱 峰，人们常采用下述方法对载体进行预处理: ⑴酸洗: 通常用 6 mol/L 盐酸浸泡载体，加热处理 20~30 min，然后用水冲洗至中性，用 甲醇淋洗、烘干、过筛。也可以用王水或硝酸进行酸洗处理。载体经酸洗后可除去无机杂质， 减小吸附性能，适用于分析酸性物质和脂类。使用中应当注意，经酸洗的载体催化活性较大。 例如在高温下会使 SE-30 的硅氧链断裂，PEG-400 裂解。不宜分析碱性化合物和醇类。 ⑵碱洗: 将酸洗载体用 10%NaOH-甲醇溶液浸泡或者回流， 再用水冲洗至中性， 最后用甲 醇淋洗、烘干备用。碱洗载体的表面酸性作用点较低，适合于胺类等碱性化合物的分析。但 碱洗载体的表面仍残留有微量游离碱，可能会引起非碱性物质(如脂类)的分解。 ⑶硅烷化: 硅烷化是消除载体表面活性最有效的办法之一。 它可以消除载体表面的硅醇基 团，减弱生成氢键作用力，使表面惰化。一般的方法是将载体用 5~8%硅烷化试剂的甲苯溶液 浸泡或回流，然后用无水甲醇洗至中性，烘干备用。常用的硅烷化试剂有二甲基二氯硅烷

(DMCS)、三甲基氯硅烷(TMCS)和六甲基二硅氨烷(HMDS)。以 DMCS 的硅烷化效果最好， HMDS 其次，TMCS 较差。如果用酸洗的载体进行硅烷化，其效果比末酸洗的更好。硅烷化 载体适用于分析水、醇、胺类等易形成氢键而产生拖尾的物质。载体经硅烷化处理后，表面 由亲水性变成了疏水性，比表面也相应缩小 2~3 倍。因此，一般只能涂渍非极性或弱极性固 定液，操作温度也应控制在 270℃以下。 ⑷釉化: 目的是堵塞载体表面的微孔，改善表面性质。通常将欲处理的载体置于 2.3%的 Na2CO3-K2CO3 (1∶1)水溶液中浸泡两昼夜，烘干后在 870℃灼烧 3.5h，再升温到 980℃灼烧约 40 min。经过这样处理后，载体表面产生了一层玻璃状的釉质，从而屏蔽或惰化了载体表面的 活性中心，增加了机械强度。釉化载体适于分析醇、酸类极性较强的物质，但分析甲醇、甲 酸时有不可逆的化学吸附，分析非极性物质时柱效较低。 以上几种经过表面处理的色谱载体国内都有产品出售。

(3)载体的选择原则与评价 载体性能的优劣对样品的分离起着重要的作用，实际工作中主要依据分析对象、固定液 的性质和涂渍量来选择载体: ⑴固定液: 当固定液的涂渍量大于 5%时，可以选用白色或红色硅藻土载体；若涂渍量小 于 5%，则应选用处理过的硅烷化载体； ⑵分析对象: 当样品为酸性时，最好选用酸洗载体，样品为碱性时用碱性载体。对于高沸 点组分，一般选用玻璃微球载体，分析强腐蚀性组分时应选用氟载体。 常用的载体粒度一般在 80~100 目范围，为提高柱效也可使用 100~120 目。 对载体进行评价是为了比较不同处理方法或处理前后的效果，确定最佳处理条件。方法 之一是将不涂固定液的裸载体填装到色谱柱中，选用丙酮、苯等有代表性的组分进行考察， 测定相应的保留值、峰形和柱效。载体的吸附性越强，相应组分的保留时间则越长，峰形拖

（二）固定液 固定液是气液色谱柱的关键组成部分。它的种类繁多, 应用极其广泛。与气固色谱柱中的 吸附剂相比， 固定液的优点主要是在通常的操作条件下, 组分在两相间的分配等温线多是线性 的，因此比较容易获得对称峰。 (1)对固定液的要求 适合用作气相色谱固定液的物质应能满足以下一些基本要求: ①在操作温度下呈液态，粘度越低越好。组分在粘度高的固定液中传质速度慢，柱效下 降。这决定了固定液的最低使用温度。 ②蒸气压低，热稳定性好。这样可以减少固定液的流失，延长色谱柱的使用寿命。这两

者决定了固定液的最高使用温度。 ③化学惰性高，润湿性好。化学惰性高是指固定液不与组分、载体、 载气发生不可逆化 学反应。润湿性好则可以使固定液均匀涂布在载体表面或毛细管柱内壁，形成结构稳定的薄 层。 ④有良好的选择性。选择性好的固定液对沸点相同或相近而类型不同的物质具有分离能 力，即保留一种类型化合物的能力大于另一种类型。 固定液的选择性取决于被分析组分与固定液两者分子之间的相互作用力[14]。这种作用力 有以下几种[13]: i、静电力: 这是极性分子永久偶极间的作用力，由此力形成的平均势能(Ek)为:

式中 k 为玻兹曼常数，T 是开尔文温度，负号表示吸引力。从式 2—1 可见，静电作用能与两 极性物质分子间的距离 R 的六次方及绝对温度 T 成反比，与两物质的偶极距μ1，μ2 的平方 成正比。 ii、诱导力: 这是非极性分子受极性分子永久偶极电场作用而产生诱导偶极时二者之间的 作用力。由此力产生的平均作用能(ED)为:

式中μ1，μ2 分别是固定液与组分的偶极矩。由式 2—2 可见，若两个分子的偶极距越大，诱 导作用能则越大。如果两个分子越接近或分子体积越小，则诱导作用越强。 iii、色散力: 这是非极性分子(弱极性分子)间由于分子内电子振动所产生的瞬时偶极而引 起的相互作用力。这种力的相互作用能(EL)可表达为:

式中 I1，I2 是固定液和组分分子的电离能，α1 与α2 分别为其分子的极化率， R 为分子间距。 色散力不受温度影响，具有加和性。对于非极性(弱极性)的物质而言，分子间的作用力主要是 色散力。 iv、氢键作用力: 这是与电负性原子(如 N，O，F 等) 形成共价键的氢原子又和另一个电 负性原子所生成的一种有方向性的相互作用力，常称为范德华力。这种作用力介于化学键力 和色散力之间，通常在 5～10 KCal/mol。 有机化合物形成氢键的能力按下列顺序递降: ⑴能形成三维空间结构的强氢键的化合物。 如水、多元醇、氨基醇、羟基酸、多元酸、酰胺、多元酚等。⑵含α-活泼氢原子和带自由电 子对的原子(O，N，F)的化合物。如醇、脂肪酸、酚、伯胺、仲胺、肟、硝基化合物、有α氢的腈、以及氨、肼、氟化氢等。⑶含电负性原子(O，N，F)但不带活泼氢原子的化合物。如 醚、酮、醛、酯、叔胺、以及有α-氢原子的腈和硝基化合物。⑷含有活泼氢原子但不带电负

性原子的化合物。如二氯甲烷、三氯甲烷、芳烃、烯烃等。⑸不能形成氢键的化合物。如饱 和烃、二硫化碳、硫醇、四氯化碳等。 “极性”一词常用来描述或评价固定液的性质。气相色谱中的所谓极性，是指含有不同 功能团的固定液与分析物质的功能团和亚甲基之间相互作用的程度。如果一种固定液保留某 种化合物的能力大于另一类，则认为这种固定液对于前一类化合物有较高的选择性。人们最 初用来描述和区别固定液分离特性的方法是罗胥耐德(Rohrschneider)于 1959 年提出的相对极 性方法。他首先规定固定液β,β-氧二丙腈的相对极性为 100，角鲨烷为零， 选用正丁烯与 正丁烷或环已烷与苯作为物质对，然后分别测定物质对在氧二丙腈、角鲨烷以及被测固定液 柱上的相对调整保留值并取对数，被测固定液的相对极性(Px)按下式计算:

式中 q1, q2, qx 分别是物质对在氧二丙腈、角鲨烷、被测固定液柱上的相对调整保留值的对数。 Px 值越大，说明极性越大。这种方法主要反映的是组分和固定液分子间的诱导力。考虑到固 定液与组分分子之间相互作用的复杂性(偶极矩、色散力、氢键作用力等)，1966 年他又提出 采用某标准物质(M)在某一固定液(P)和非极性固定液(S) 的保留指数之差(?I)来衡量该固定液 (P)相对极性的大小，即:

式中 Ip 及 Is 分别为标准物质 M 在被测固定液(P)和非极性固定液(S)上的 Kovats 保留指数。S 通常选用角鲨烷，并规定在 100℃下进行实验。为了全面反映被测固定液的分离特征，选用的 标准物是 5 种不同性质的物质，其中用苯作为电子给予体，乙醇作为质子给予体，甲乙酮代 表定向偶极力，硝基甲烷代表电子接受体，吡啶代表质子接受体。根据分子间作用力的相加 性，被测固定液的极性则用下式表示:

式中 a, b, c, d, e 是标准物的各种极性因子，叫做组分常数。X，Y，Z，U，S 是固定液各种作 用力的极性因子，叫做固定液常数。组分常数随标准物的不同而异，对不同的固定液则为常 数。由于 5 种标准物质分别代表不同的作用力， 故人为规定它们的“组分常数”如表 2－4。 表 2－4 5 种标准物的组分常数[3]

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━ 组 标准物质 分 常 数

────────────────────────── 苯 乙醇 100 0 0 100 0 0 0 0 0 0

甲乙酮 硝基甲烷 吡啶

━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

如果将表 2-4 中标准物的组分常数代入式 2-6，则可得到相应的固定相常数为:

求得的 X，Y，Z，U，S 值，即表示固定相极性的罗氏常数。数值越大极性越强。 对于罗氏所建议的方法，有些人仍认为不够完善。1970 年麦克雷诺(McReynolds)对这一 方法提出改进方案。他采用丁醇、 2-戊酮和硝基丙烷分别取代罗氏所用的乙醇、甲乙酮和硝 基甲烷，实验温度改为 120℃。 为了与罗氏常数相区别，相应的麦氏常数用 X'，Y'，Z'，U'， S'表示。许多色谱手册都列有这两种常数，但罗氏常数现在人们已经不太常用，使用比较广泛 的是麦氏常数。 固定相的评价是一个比较复杂的问题。不论是罗氏常数还是麦氏常数，许多人认为都还 有不少缺点[13-15]。为了寻求比较完美的表征方法，近年来 Abraham 等人[16-19 ]提出了一种“溶 剂化参数模型”（solvation parameter model）。这一模型将溶质分子从气相溶解到固定相的过 程分为三个阶段：(1)在固定相中形成一定大小的空穴。这一过程要打破溶剂-溶剂分子间的 “键”，是一个吸收能量的过程。溶质分子越大，需要打破的溶剂-溶剂分子间的“键”越多， 吸收的能量也越多。如果仅考虑这一阶段，溶质分子越大，其保留值越小；(2)孔穴周围的溶 剂分子重新排列。这一过程虽然与熵及焓有关，但对 Gibbs 自由能的贡献不大；(3)溶质进入 孔穴。这一过程产生溶质和溶剂之间的各种作用力。所有作用力都会导致释放能量，有利于 溶质的溶解。根据这一模型，Abraham 提出某溶质在某固定相上的保留值用下式表示：

式中 KL 为比保留体积；R2、∏ 2、α 2、β 2、㏒ L 是描述溶质性能的参数：R2： 溶质修正的 摩尔折光指数；∏ 2 ：溶质的偶极；α 2 ：溶质的氢键酸性（给质子性）；β 2 ： 氢键碱性 （受质子性）；㏒ L ： 溶质在正十六烷烃上 25℃时的保留值。这些溶质性能的参数可以从 平衡常数或从气相色谱测定的数据计算而得到。而式中的 c、r、s、a、b、l 是表征固定相保 留能力的常数，每种固定相有其特定值。其中 c 为常数；r 是表示溶剂与 n-电子对及π-电子对 作用能力的常数；s 表示溶剂参与静电和诱导作用能力的常数；a 是度量溶剂参与氢键碱性作 用能力的常数；b 为度量溶剂参与氢键酸性作用能力的常数；l 则是溶剂孔穴形成和溶剂-溶质

间色散力大小的常数。从色谱角度它表示分离同系物能力的大小。 溶剂化参数模型有其科学性的方面，但是要确定一个新的固定相的溶剂化参数，其实验 和计算过程不如测定麦氏常数的方法那样简单易行，得到的表征固定相保留能力的常数 c、r、 s、a、b、l，其代表性是否优于麦氏常数，仍有待人们继续作进一步深入探索。 (2)选择固定液的原则和方法 到目前为止，固定液的选择尚无严格规律可循，多数情况下往往是根据文献的记载再经 过实验比较才能最后确定。这里仅讨论固定液选择的一般原则和方法。 对于日常分析的样品，通常可知道大多数组分的性质，初步确定难分离物质对。此时固 定液的选择应遵循“相似相溶”的基本原则。即对于非极性的样品，应首先考虑用非极性固 定液分离。这时固定液与被分离组分间主要靠色散力起作用，固定液的次甲基越多，则色散 力越强，各组分基本上按沸点顺序彼此分离，沸点低的组分先流出。如果被分离的组分是极 性和非极性的混合物，则同沸点的极性物质先流出。对于极性物质的分离，应首先考虑选用 极性固定液。这类固定液分子中含有极性基团，组分与固定液分子间的作用力主要为静电力， 诱导力和色散力处于次要地位。各组分流出色谱柱的次序按极性排列，极性小的先流出，极 性大的后流出。如果样品是极性和非极性的混合物，则非极性组分先流出，而且固定液极性 越强，非极性组分流出越快，极性组分的保留时间就越长。对于分离能形成氢键的样品，如 水、醇、胺类物质，一般可选择氢键型固定液。此时组分与固定液分子间的作用力主要为氢 键作用力，样品组分主要按形成氢键能力的大小顺序分离。 利用固定液与被分离组分分子间生成弱的化学键这种特殊的作用力，有时也能实现一些 组分的分离。例如在极性和氢键型固定液中加入硝酸银，由于固定液中的银离子能和样品分 子中的不饱和键生成松散的化学加成物，增大了烯烃在色谱柱内的保留，使其在同碳数的烷 烃之后流出。又如使用硬脂酸锌等重金属脂肪酸脂作固定液时，由于脂肪胺与这种固定液的 络合能力存在差异，故可选择地分离胺类。此外，某些固定液对芳烃具有特殊选择性，在实 际工作中常有一定价值。常用的这类固定液有: 聚乙二醇、磷酸三甲酚酯、四氯代邻苯二甲酸 脂、3,5—二硝基苯甲酸乙二醇脂等。 这些固定液往往与被分离的芳烃形成所谓的π-络合物， 固而对芳烃产生选择性保留，而脂肪烃则较快地流出色谱柱。

(3)常用固定液 可以用作气相色谱固定液的物质很多， 已被采用的有近千种。 按我国国家标准 GB2991-82 的规定，根据化学结构的不同，这些固定液可被分为烃类、聚硅氧烷类、聚二醇及聚烷基氧 化物、酯类、其它含氧化合物、含氮化合物、含硫及硫杂环化合物、含卤素化合物及其聚合 物、无机盐、其它固定液，共 10 类。在这些已被使用的近千种固定液中，实际上有许多固定 液其色谱分离性能相同或者近似，我们可以限定少数几种或几十种固定液代替种类繁多的固 定液，使人们在有限的几种固定液范围内进行选择，使分析工作简化。

1970 年，Preston 等[20 ]依据文献资料的统计，提出了 21 种最为常用的固定液。后来 Leary 等[ 21]采用 “最相邻技术” 考察了各种固定液的相似程度， 认为 12 种可以作为常用固定液。 Leary 确定常用固定液的标准是，色谱性能具有代表性； 便于重复制备与精制；热稳定性好，使用 温度范围宽；具有各种类型的作用力，极性范围广。现在文献中出现次数最多，使用几率最 大，即可以认为最常使用的固定液为: OV-101(甲基聚硅氧烷)；OV-17(50%苯基的甲基聚硅氧 烷)；OV-210(50%三氟丙基的甲基聚硅氧烷)；Carbowax 20M(聚乙二醇，平均分子量 2 万)； DEGS(二乙二醇脂丁二酸)。 这组常用固定液性能稳定，极性间距均匀，应用面广，可从解决 大量的一般性分析问题。

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──────────────────────────────────── 甲基聚硅氧烷 OV-101 43 氯仿 0/350 SE—30

──────────────────────────────────── 苯基(50%)甲 基聚硅氧烷 ──────────────────────────────────── 三氟丙基(50%) 甲基聚硅氧烷 ──────────────────────────────────── 聚乙二醇-200M Carbowax 20M 462 氯仿 60/250 OV-210 300 氯仿

──────────────────────────────────── 二乙二醇丁 二酸脂 DEGS 586 丙酮 20/200

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（4）新型高选择性固定液 新型高选择性固定液是一类特殊固定液，主要用于一些特殊样品的分析，例如不对称 选择合成中对映体纯度及过剩量的测定，手性药物中对映体纯度以及天然产物绝对构象的 测定等。这类特殊固定液不仅在毛细管气相色谱中应用广泛，在填充柱气相色谱中也有不 错的应用效果。 新型高选择性固定液主要有过渡金属混合物、液晶、手性化合物及有机盐类等。过渡 金属混合物通常用于分离顺反异构体，被称为“超选择性”的填料。将其涂敷在载体或吸附

剂的表面可用于各种顺反异构体的分离。液晶是“液态晶体”的简称。是某些有机物在一 定的温度范围内所呈现的一种中间状态，即所谓的“中介相”。在这种中介相状态下，分 子排列有特殊的取向，分子的运动也有特殊的规律，从而液晶既具有液体的流动性和表面 张力，又有像晶体一样的各向异性。液晶有三种类型，即近晶型、向列型和胆甾型。它们 的化学结构通常为：

利用液晶作气相色谱固定液的优点是它们的高选择性，特别适合分离几何异构体和位 置异构体的混合物。例如有人使用苯甲酸甲脂衍生物液晶固定相分离笨、甲苯、乙苯以及 间位、邻位和对位的二甲苯混合物获得很好的结果。液晶固定液在填充柱中使用已经很成 功，在毛细管柱上使用也显示出既有高柱效又有高选择性。但是这种固定液成膜性能较差， 涂渍比较困难，易出现高温下固定相流失是其缺点。在国内，傅若农教授的实验室在这一 领域已经作了许多开拓性的研究，合成了一批具有低相变温度的高分子液晶固定液[39]。 手性色谱固定液现在已发展成为一种分离对映体的特殊固定液。目前主要有三类：(1) 氢键型手性色谱固定液； (2)形成包合物的手性色谱固定液; (3)金属配体交换的手性色谱固定 液。 氢键型手性固定液 这类手性色谱固定液主要用于分离氨基酸、羟基酸、羧酸、醇、

胺、内酯、内酰胺等化合物的对映体。它们以手性氨基酸衍生物为选择体，利用对映体之 间的氢键作用来达到分离的目的。将这类固定液再与聚硅氧烷固定液或毛细管壁交联，则 形成手性聚硅氧烷固定液和交联手性固定液，其选择性和热稳定性都有较大的提高。缬氨 酰叔丁胺因其对对映体的选择性强、外消旋趋势小而被选为常用的手性中心。许多研究表 明，与手性碳原子相连的二级烷基、苯基取代基，与酰胺基相连的三级烷基取代基这类结 构的手性中心对许多化合物都有高选择性。另外，手性中心的含量也是影响固定液的对映 体选择性、耐温性的重要因素，如果手性中心含量太高就会使固定液的软化点升高，而含 量太低则会降低固定液的对映体选择能力，较理想的手性中心含量为13～25％。新近合成 并交联的一种高温手性聚合物固定液，在聚合物中引入一个更稳定的手性中心，在280℃加 热10h不流失，不发生外消旋，是手性聚合物固定液在热稳定性上的重要进展。 形成包合物的手性固定液 在形成包合物的手性固定液中，冠醚、环糊精及其衍生

物和杯芳烃是近几年发展起来的一些高选择性手性固定液。由于它们都具有独特的环腔结 构，所以是色谱中超分子化学理论的主要研究对象。环糊精类衍生物固定液主要拆分各种 手性对映体，而冠醚类固定液主要分离各种位置异构体。 环糊精固定液主要是α-、β-、γ-环糊精的烷基化或酰基化衍生物，具有许多手性中心和

特殊的笼状结构，能与被分析的化合物形成包合物，可分离非极性和弱极性的烃类、卤代 烃类和环氧类化合物。 其中以β-环糊精作色谱固定液的应用最为广泛。β-环糊精的内腔由 亲脂性的–C-O-C–和=C-H 组成，自由羟基都伸向腔体外侧，中间空穴为0.5~0.8 nm，这种 环状大分子空腔结构能包含许多化合物，能与对映体分子形成非对映包结物，导致对映体 分子有选择地保留，其空穴大小对于手性化合物的对映体选择包结起着重要的作用。 环糊精衍生物分离对映体具有以下特点：1. 可分离一些在手性酰胺固定液上不能分离 的含氮化合物；2. 对醇、二醇、多醇和糖类手性化合物对映体选择性极高，这些化合物不 需要衍生化就能得到基线分离；3. 可直接分离外消旋混合物；4. 能分离一些易挥发、强极 性的外消旋物。总之，由于环糊精分子上2,3,6位羟基活性的差异，它们可以选择性地分离 多种类型的手性化合物。不难预见，这种高选择性的手性固定液在合成肽、香料、激素和 手性药物的立体化学等方面将有广阔的应用前景。 冠醚也是一类有一定大小环腔的大环聚醚化合物，具有王冠状结构。环外沿是亲脂性 的一撑基(-CH2-CH2-)，环内沿是富电子的杂原子O、 N、S 等，极性集中在环内的氧原子 上，所以它可以高选择性地配合阳离子及极性化合物。冠醚作为色谱固定液还处于初级阶 段，其分离机理目前尚不明了。这类色谱固定液又可分为小分子冠醚固定性、聚硅氧烷高 分子冠醚固定液、小分子开链冠醚固定液和套索冠醚固定液。将小分子冠醚固定液涂渍在 白色硅藻土、耐火砖或白色101载体上，对酚和苯的衍生物、氨基化合物及硝基苯酚和硝基 苯胺的各种异构体等都能取得很好的分离结果。将小分子冠醚高分子化，采用交联或共聚、 加成等方法，使得高分子冠醚固定液色谱柱不仅柱效提高，而且最高使用温度可达300℃， 对多种化合物的不同异构体都具有良好的选择性。国内傅若农教授等制备了两种饱合漆酚 冠醚固定液，对醇、酚和一些芳香化合物取得了很好的分离效果。开链冠醚是一种具有类 似冠醚-CH2-CH2O-结构单元的非环多醚化合物，能分离一些非极性固定液不能分离的沸点 相近的极性化合物， 但热稳定性差， 使用温度范围小(80~200℃)， 柱寿命短， 载气中如有水、 氧等极易引起固定液降解， 采用交联、 键合PFG固定液或接枝到聚硅氧烷链等可弥补其不足。 这类固定液可分析极性范围较宽的样品，如胺类异构体。武汉大学吴采樱教授合成的两种 开链冠醚聚硅氧烷固定液，最高使用温度达310℃，对醇、酚、多种芳烃异构体具有良好的 分离性能。套索冠醚固定液是在氮杂18冠6上引入“臂”基团，构成了独特的三维立体结构， 使其具有更有利于溶剂分子的多点识别和包合作用，具有柱效高、易涂渍、表面惰性好、 无活性吸附等特点，是一种适用于分离醇、卤代烃、芳香烃等各类异构体的一种中等极性、 高选择性、色谱性能良好的特殊色谱固定液。 同时具有冠醚和环糊精包结能力的杯芳烃是另一类环状低聚物。通过控制杯芳烃中苯 酚单元的数目、改变相邻苯酚单元的桥联基或对杯芳烃的上、下缘进行改性等，可以制得 数量众多且性能不同的功能化杯芳烃。胡旭波等合成的杯芳冠醚聚有机硅氧烷将杯芳冠醚 的环腔结构与聚硅氧烷的柔顺性、 易成膜性结合在一起， 获得了有效塔板N=4500m-1的柱效，

对醇类、卤代烃、芳烃、烷烃、各种多取代苯的位置异构体都具有良好的分离能力，使用 温度范围宽，其热稳定性远远高于一般冠醚聚硅氧烷固定液。杯芳烃作为一种新型的特殊 固定液还处于初始研究阶段，但这类环状低聚物是一类极具发展前景的新型色谱固定液。 很有可能比冠醚和环糊精类固定液更优秀。 金属配体交换手性色谱固定液 这类手性色谱固定液主要是一些金属离子与手性试

剂所形成的配位化合物。 常用的金属离子有 Eu, Rh, Ni, Mn, Cu 等， 手性配体为樟脑酸衍生物， 水杨醛与手性胺形成的西佛碱等。这类手性固定相可用于分离烯烃、环酮、醇、胺、氨基酸、 羟基酸等化合物的对映体。

四、填充柱的制备方法 要制备一根高效能的填充柱，不仅要选择好合适的固定液和载体，还要掌握好固定液的 渍涂方法和色谱柱的填充技术。 （一）固定相的制备 气固色谱用的固体固定相的制备方法比较简单。通常先进行过筛，根据需要取 60～80 目 或 80～100 目的筛分范围，然后按要求进行活化处理。 活化后的固定相应在干燥器内贮存备 用。对于液体固定相的制备，可以根据实际情况选用下述方法: （1）蒸发法: 称取需要量的固定液溶解在选定的有机溶剂中制成涂渍溶液。为了使固定 液完全溶解，可以将溶液置于热水浴上加热，但应控制温度低于所用溶剂沸点以下 20℃。待 固定液完全溶解后，缓缓倒入经预处理和过筛备用的载体。在适当温度下轻轻摇动容器，让 其中溶剂慢慢地自然挥发完全后即涂渍完毕。如果希望加快工作进度，也可以使用旋转蒸发 器在适当的温度下除去有机溶剂。在涂渍过程中应注意不能猛烈搅料，以免损伤载体。有机 溶剂的用量一般为载体体积的 2 倍。 （2）回流法: 本法适合溶解性能较差的高温固定液的涂渍。方法是将已知量的固定液和 溶剂置于圆底烧瓶内，上接冷凝器，然后加热回流 0.5 h，待固定液完全溶解后缓缓加入载体， 继续加热回流 1.5～2 h。最后将载体和溶剂倒入烧杯，置通风橱内让溶剂自然挥发至干。 在制备液体固定相过程中，载体的粒度通常选用 80～100 目级分。有机溶剂的选用通常 遵循三个原则: ⑴不与固定液起化学反应； ⑵能和固定液形成无限互溶体系， 当加入载体后不 会出现分层现象；⑶沸点适当，有一定的挥发度。

(二) 固定相的填充方法 固定相填充质量的好坏直接影响填充柱的柱效。一根填充质量较高的色谱柱，通常其理 论塔板数应该达到 / m[22]。为了获得最佳的填充密度，可根据情况选择下面不同的 方法: (1)加压法。将填充柱的一端塞好硅烷化的玻璃棉，另一端与填料池连接。先将固定相倒

入填料池，填料池的另一端出口与氮气或空气钢瓶的减压阀连结。对于常见内径为 4.5 mm 的 填充柱，可调节气流为 30 ml/min，(气流应随内径大小作相应调整)，将填充池内的固定相压 入填充柱中，同时用木棒轻敲填充柱体使固定相填充均匀。固定相填充完毕后，在原来连接 填充池的一端塞上硅烷化的玻璃棉，注意这一端应该与色谱仪的进样室相连接，另一端作为 出口端与检测器相连结，不能接反。 (2)减压法。填充长柱子时多采用此法。这个方法采用真空泵抽气，将填充柱的一端塞好 硅烷化的玻璃棉后与真空泵的缓冲安全瓶相连结。为了防止抽气时潮湿空气进入而使固定相 性能受影响，可以在填料池加入固定相后，在入气口接氯化钙和硅胶干燥塔，其它操作过程 与加压填充法相同。 (3)手工填充法: 这种方法一般只用于某些涂有沸点较低固定液的固定相的填充。通常采 用边装边敲打的办法。每次加进柱内的填料约 5 cm。填充时应注意两点: 一是固定相要填充 均匀和适度紧密，柱内不留有死空间或者间隙；二是要避免填充过程中敲打振动过猛，造成 固定相机械粉碎。

（三）填充柱的老化与评价 新制备的填充柱在使用前必须经过老化处理，以便把柱内的残存溶剂、低分子量固定液 以及低沸点杂质除去， 使固定液在载体表面涂得更均匀牢固。 老化的方法比较简单: 在室温下 将色谱柱的入口端与进样器相连结。为了避免污染，出口端与检测器断开。然后接通载气， 调节载气流速 10～20 毫升/分， 再以程序升温的方式缓慢将柱温升至比使用温度高 20℃，并 在此温度下老化 4～8 h。注意，老化温度不能高于固定液允许的最高使用温度。如果使用氢 气作载气，还应注意将出口端流出的氢气引出室外。老化处理后，将柱温降至室温，把色谱 柱出口端与检测器相连结，在分析条件下观察基线。若能获得平稳的基线，说明色谱柱已经 老化合格，一般即可进行正式分析试验。 填充柱的评价方法基本与毛细管柱的评价方法相同，操作过程可参考毛细管柱的有关内 容。

第三节 毛细管气相色谱柱

毛细管柱的材料对制备一支高质量的毛细管气相色谱柱是十分重

要的。毛细管柱的材料应具有化学惰性，热稳定性好，内表面光滑易润湿以及操作方便等

性能。自从毛细管气相色谱柱发明以来，对许多材料，如塑料、铜、镍、不锈钢等进行过 研究[23-26]。但目前普遍使用的则是玻璃和石英玻璃材料，应用最多的是后者。本节着重讨 论玻璃和石英玻璃的结构、表面成分以及它们对色谱性能的影响。 （１） 玻璃和石英玻璃的组成和结构 玻璃和石英玻璃的化学成分都是以二氧化硅为主。

玻璃中的二氧化硅通常是一个硅原子和四个氧原子结合成四面体。每个二氧化硅四面体通 过硅氧键形成一个三维网络， 这样由硅和氧原子形成一个不规则的六元环， 如图 2－1 所示。 石英玻璃由于 Si-O-Si 之间的角度易于变动而具有柔性，这种环状结构相对稳定。根据硅氧 键角大小不同而形成不同的同分异构体。石英玻璃的硅氧夹角为 150o，是一种最简单的玻 璃。通常人们称它为石英。其结构见图 2－1a。它具有高度交联的三维结构，因此它的熔点 高（近 2000℃），热膨胀系数低。它的成分主要是二氧化硅，含有极少的金属氧化物，抗 化学腐蚀性好和抗张强度高，可允许拉制成优质弹性薄壁毛细管柱。由它制作的毛细管柱 人们通常称之为弹性石英毛细管柱(flexible fused silica capillary column)。

图 2－1 各种玻璃的结构

在玻璃生产过程中，常加入各种金属氧化物以改变物理和化学性能。加入 Na2O 可切断 Si-O-Si 键而使玻璃软化并降低粘度，增加热膨胀系数和在水中的溶解度，降低它的抗化学 腐蚀性。加入 CaO 和 MgO 则为了减小溶解度，增加其抗化学刻蚀性。常用于毛细管柱材 料的两种玻璃是钠－钙玻璃（软玻璃）和硼硅玻璃（硬玻璃，如 Pyrex）。Na2O、CaO 和 B2O3 等氧化物的加入使 Si-O-Si 键截断，如图 2－1 b、c 所示。因此这些玻璃的熔点比石英 要低得多。软玻璃的熔点约 700℃, 硬玻璃比软玻璃高 100~125℃。强度也比软玻璃好，不 易脆碎，软玻璃由于含有较高的 Na2O 而呈碱性；硬玻璃由于它含有 B2O3 而呈酸性。 表 2－6 钠钙玻璃和硼硅玻璃的组成[27] 组分 SiO2 Na2O CaO Al2O3 B 2O 3 MgO BaO

天然石英和人造石英都是作毛细管柱的好材料。天然石英在高温及真空下可熔化制成 熔融石英。其纯度随石英原料的来源不同而异。如果在加工过程中注意减少污染，一般情 况下金属杂质含量可低于 1×10-4g/g。经进一步提纯的熔融石英，其金属杂质含量可达 1~5 ×10-5g/g。 人造石英则是在高温下用四氯化碳在火焰中与水反应水解而成， 基本上是纯二氧 化硅，其金属杂质含量小于 1×10-6g/g。 （２）玻璃表面成分对色谱性能的影响 玻璃表面的化学性质影响色谱柱的性能。各种 金属氧化物在玻璃的表面形成路易斯酸作用点，可对醇、酮、氨以及含π健的分子（如芳香 化合物和烯烃）等一类局部电子密度高的化合物产生吸附。石英材料因金属杂质含量极小， 表面不存在或很少存在酸化点，故与玻璃相比具有天然惰性。玻璃和石英表面的羟基是构 成氢键型吸附的主要因素。 表面羟基团之间氧原子的距离大于 0.31 nm 时， 就不能在两个羟 基之间形成氢键。这类羟基的活性最大，对一些电子云密度高的化合物如胺、酮、醇以及π 键化合物产生吸附。也是进行表面硅烷化处理的主要作用点。氢和氧相距 0.24~0.28 nm 时` 容易形成氢键，大约 50％表面的羟基彼此相互作用形成氢键。这种已形成氢键的羟基活性 很小，几乎不再起自由羟基的作用。吸附在表面羟基的水也能对电子云密度高的化合物产 生吸附，其活性与自由表面羟基相似。当加热时可以把物理吸附水除去，留下自由羟基进 一步加热使二氧化硅表面与相邻羟基脱水形成氧桥。 加热到 165℃能把物理吸附水赶走，约 在 400℃左右会使羟基脱水而成氧桥。 这时如把二氧化硅冷却并暴露于水蒸汽中，它还可以 再恢复形成硅醇基。加热 400℃以上时再冷却吸湿羟基恢复的数量要减少，如加热到 800℃ 时二氧化硅表面羟基消失就不再恢复。温度对二氧化硅表面的失水情况可表示如下：

表 2－7 给出了在不同温度下二氧化硅表面羟基的浓度。另外表面的硅氧桥是氢键结合 中的质子受体，对醇类分子产生吸附并有较强的范德华力。由于在玻璃和石英表面不同程 度存在金属氧化物、游离羟基、硅氧桥，它们以不同形式会与被分离物质产生一定吸附作 用。 表 2－7 真空处理二氧化硅后表面羟基的浓度[28] 真空处理温度(℃） 200 300 每 1nm2 上的羟基数 4.8 3.6

（二）毛细管柱的拉制 （ １ ） 玻 璃 毛 细 管柱的拉制 目前玻璃毛细管柱已很少使用，但在需要大内径

（0.75mm）的毛细管柱时还必须用玻璃材料。本节将玻璃毛细管柱的拉制作方法作一简要 介绍。现代的玻璃毛细管拉制机由计算机控制，基本原理与最早 Desty[29] 的发明相似，如 日本岛津公司的 DM-2 型， 见图 2－2。 外径为 4~10 mm, 内径为 2~6 mm 的原料玻璃管都

可以用， 由送料轮送入温度为 650~850℃加热炉中软化， 然后拉伸轮以较快的速度驱动已软 化的玻璃管， 使之变细成为需要的毛细管。 再通过在弯曲电热管中加热至 550~650℃而烧成 盘管，最后存放在支架托盘上。控制送料轮和拉伸轮的转速比可以拉制不同内径的毛细管。 但值得注意的是所用原料管内外径粗细不均，加热炉及弯管炉温度波动以及送料轮与拉伸 轮的转速之比过大都是引起拉制毛细管内径不均匀的因素。现在的商品玻璃毛细管拉制机 拉出的毛细管内径不均匀性在±3~±5％之间。

图 2－2 玻璃毛细管拉制机的示意图 1－原料玻璃管，2－电炉，3－毛细管，4－弯曲电热管，5－牵引辊，6－送料辊

（２） 弹性石英毛细管柱的拉制

石英比玻璃溶点高， 不能用一般玻璃拉制机拉制。 石

英毛细管的拉制机见图 2－3 所示。需将石英原料管在石墨炉中加热到 ℃时才能 拉制出薄壁毛细管柱。如果石英的表面被污染或受潮，其强度会下降而易破损。所以拉出 的石英毛细管必须立即通过一个盛有耐高温聚合物溶液的容器。这聚合物通常为聚酰亚胺。 然后通过加热炉烘干，使柱子的外表敷上一层保护膜，最后是将拉好的毛细管缠绕到一个 转鼓上。目前拉制的石英毛细管内径为 0.1~0.5 mm，壁厚<0.05 mm。作为柱子外涂层材料 的聚酰亚胺最高使用温度为 350℃。 近年来市场上出现了铝涂层的弹性石英毛细管柱，可耐 热 400~480℃的高温。这类柱子可以用于一些高级烷烃（大于 100 个碳原子）以及甘油三脂 类的分离。

图 2－3 弹性石英毛细管柱拉制机示意图 1－电炉，2－聚酰亚胺炉，3－烘干炉，4－拉好的毛细管，5－转鼓 （三）毛细管柱的内壁改性 如上所述，玻璃和石英材料表面存在的硅醇基吸附电子密度高的化合物，硅氧桥的离子 特征作为质子接受体形成氢键而吸附易给质子的化合物，玻璃表面存在的金属离子造成更 严重的吸附和催化作用，将会使高温下的固定液分解而流失。因此在涂渍固定液之前必须

对内表面进行处理，以改变化学和物理性能提高表面对固定液的湿润性。湿润性是指液体 浸润固体表面的能力，这种能力是通过接触角来衡量的。接触角是指液滴界面的切线与固 体表面的夹角。当接触角为零时液态完全湿润固体表面，易于涂渍成均匀的薄膜。反之当 接触角增大时液体覆盖固体表面能力降低，液体能否浸润固体表面取决于液体的内聚力和 固体表面的能量。液体的内聚力由其表面张力来表征，固体的表面能则通过表面自由能表 示。当液态的表面张力大于某一固体表面的临界表面张力(CST)时，此液体在固体表面上就 有个大于零的接触角数值。CST 的参数是这样得到的，即把一组同系化合物在给定的固体

（ ， 一般成一条直线， COSθ=1 在 表面上测定其接触角 θ） 把 COSθ 对同系物的表面张力作图，

聚丙烯癸二酸脂 磷酸三甲基苯脂 聚乙烯二醇 400 Os-124 β,β-氧二丙腈

双甘油 丁二酸二乙二醇脂

内壁表面粗糙化可采用表面腐蚀和在内壁沉积惰性微

粒物质两种技术。但腐蚀只用于玻璃毛细管柱，不适用于石英柱，因腐蚀后的石英柱壁太 薄，易于脆断。 玻璃毛细管柱内壁的腐蚀有氯化氢刻蚀和氟化氢刻蚀两种技术。氯化氢刻蚀法是将干 燥的氯化氢气体通入柱子，用小火把两端封住，在 300℃－400℃下加热 3－12h[33-35], 于是 在玻璃毛细管柱内壁形成有规则排列的氯化钠晶体粗糙层。 Franken 等人[34]详细地讨论了氯 化钠晶体的生成规律，其过程是：钠钙玻璃有一层较丰富的碱金属，在与氯化氢作用时形 成反应中心，高温下玻璃表面的钠离子易于流动，通过晶格游动到表面上，在表面上钠离 子与氢离子进行交换，即：

然后 Na+ 通过表面与 Cl- 结合形成氯化钠晶体。硅硼玻璃因碱金属离子浓度低，用氯化氢 处理效果不显著。这种粗糙化方法的缺点是随金属离子浓度的增加可导致弱路易氏酸性吸 附和一些固定液催化降解。所以本方法的应用受到一定的限制。 氟化氢刻蚀也叫晶须生成法， 用氟化氢在高温下使玻璃表面形成二氧化硅晶须[36]， 其 表面积是光滑玻璃的上千倍。因为剧毒，一般不直接使用氟化氢气体。通常是用２-氯-１, １,２-三氟乙基甲基醚（CTFME）或二氟化铵充满毛细管柱。把两端封住，然后加热一段 时间，CTFME 或二氟化铵放出 HF，这样使玻璃表面产生高密度须状物。晶须的粗细及长 度取决于试剂的浓度、温度和反应时间。低于 250℃不会形成晶须。刻蚀温度在 400℃，试 剂浓度在 2.5-10.0％之间，24 h 之后生成完全。 内壁粗糙化的另一种技术是从溶液中沉积一层薄而均匀的微颗粒物质，如石墨化碳黑、 氯化钠微晶、碳酸钡以及二氧化硅等惰性微粒物质。 Nota[37] 和 Vidal[38 ] 等人分别以静态和动态法研究了在毛细管柱内壁沉积石墨化碳黑 的方法，即把石墨化碳黑制成胶体溶液，然后涂渍在毛细管中，石墨化碳黑就牢固地粘附 在毛细管内壁上，各种溶剂都冲洗不掉。这种粗糙化的方法可适应各种类型的固定液，但

是不能涂渍厚液膜的固定液。 Frank 等人[34]研究了用氯化钠胶体溶液使氯化钠沉积覆盖在柱内表面的方法。 先把氯化 钠制成饱和甲醇溶液，然后加入 1,1,1－三氯乙烷或三氯甲烷，使之成为胶体溶液，把此溶 液通过毛细管柱，待溶剂蒸发后再涂第二次，这样反复四次以上，最后将柱子加热 350℃并 保温１h。 碳酸钡沉积是在毛细管柱内壁涂以氢氧化钡溶液，然后通入二氧化碳气体除去溶剂， 随即在毛细管柱内壁生成碳酸钡层。这一方法虽说可以达到粗糙化的目的，但是由于碳酸 钡形成较强的活化点，以致于去活困难，对某些固定液热稳定性差。 二氧化硅沉积法是将 SiO2 粉末（<1?m）在 300℃加热３h，然后以 CHCl3 和二氧六环 为溶剂配成６~８mg SiO2/m l 混合液。经超声１~1.5h 使 SiO2 分散成均匀的悬浮液。将此悬 浮液吸入事先用 CHCl3 湿润的毛细管柱子至柱长的１／10，用氮气流使液栓通过柱子，再 用低流速氮气赶走溶剂即可完成 SiO2 涂层。这样处理后的柱子沉积一层 SiO2，达到覆盖表 面活性基团和粗糙化的双重目的。这种柱子适合涂渍极性较大的固定液。 （２）毛细管柱内表面的羟基化 在对毛细管柱内壁去活处理之前，无论是玻璃柱还

是石英柱都要经过酸处理。目的是使柱内壁增加硅醇基，在下一步的去活化中降低或消除 玻璃种类影响，从而制备出重现性好的毛细管柱。 （Leaching） 就是用酸或碱把玻璃柱内表面的金属离子 玻璃毛细管柱的沥取 所谓沥取 除去，使玻璃表面形成丰富的硅醇基。用碱沥取时玻璃表面被腐蚀形成多孔层，用酸沥取 能得到较为平滑的表面，所以通常用酸沥取。在试验过的几种酸溶液，如硫酸、硝酸、磷 酸、草酸和盐酸中，盐酸效果最好[39]，不会在二氧化硅表层中留下残酸。合适的盐酸浓度 为 18％。酸沥取玻璃表面是用氢离子取代金属离子，也就是说玻璃表层和表层上面稍微深 层的金属离子会迁移出来。这是由于在沥取过程中玻璃表面部分地水化。硅酸盐网络结构 成开放型，形成了许多亲水的硅醇基。由于水进入网络产生溶胀作用，表层的金属离子扩 散到溶液中，而深层的金属离子向表层扩散, 这一过程如图

图 2－4 进行沥取玻璃表面的示意图 (a) 尚未处理的表面，(b) 沥取过程中，(c) 沥取后形成的硅酸表面

沥取方法是用负压法将酸溶液吸入毛细管柱中，然后把毛细管缓慢加热，使管中的盐 酸溶液溢流出一部分。待冷到室温后管内有一段是空的，在真空条件下把毛细管封死，继 续加热过夜。在 150℃下达到中等程度沥取，若需深度沥取可加热到 175℃。沥取后的柱子 应立刻进行洗涤， 洗涤一般用 0.2％－1.0％的盐酸或水，目的是除去浓盐酸溶液和沥取出来 的金属离子。洗涤后的柱子通以干燥的氮气，置于约 250℃下保温 2－4 h，使柱内的水汽、 酸气彻底除去。K. Grob[40 ]等对于动态沥取方法的研究表明，采用动态法沥取效果不好，易

造成毛细管内壁结构的破坏，所以不宜使用。 弹性石英毛细管柱的水热处理 石英柱的水热处理是在高温下使表面充分羟基化。石 英柱因在高温下拉制，表面羟基含量甚少，约 0.2／nm2。这样少的羟基不易去活处理，水 热处理后获得的丰富羟基对涂渍极性固定液十分重要。与玻璃柱的沥取一样，通常采用酸 进行处理。K.Grob[40]水热处理方法是：将２％的盐酸溶液充入至 25％柱长之后，以５cm／ s 的速度使盐酸溶液向前移动至另一端流出溶液，用丁烷／氧火焰把柱两端封住，再把毛细 管柱放入恒温箱中在 200℃下保温６h。然后再一次充以 2％的盐酸溶液至 25％柱长，以１ cm／s 的速度把盐酸溶液赶出毛细管柱，最后将毛细管柱抽真空并在 230℃下保温１h。 （３）毛细管柱内表面的惰性化 柱内壁粗糙化可使固定液液膜稳定，但也使内壁的活

性增加，对一些固定液产生严重吸附。要制备一支柱效高、活性低、热稳定性好和保留值 重复的毛细管柱，在填充之前，无论对于玻璃柱还是石英柱都要进行惰性化处理。目前应 用的惰性化处理方法是使用有机聚合物或硅烷化试剂处理柱内壁。应用最多的是后者。 最早是 Aue[41] 使用 PEG20Ｍ改性硅藻土色谱载体， 后来 Cronin[42] 把 Aue 的方法用于 改性毛细管柱内壁取得了很好的效果。一般认为去活机理是 PEG20Ｍ在高温下产生环氧烷 结构单元，然后开环与柱内表面的硅羟基发生键合反应，形成一层桥式结构的聚合物薄膜 以掩蔽硅醇基的活性。 PEG20Ｍ惰性化处理有静态法和动态法。 静态法是将６％的 PEG20M 的二氯甲烷溶液充入毛细管柱，赶净溶剂后，将柱两端封住，放入恒温箱中在 280℃保温 2~４h。最后洗去剩余的 PEG20M。动态法是在载气的携带下将 PEG20M 蒸汽与置于 250℃ 的毛细管柱内壁反应 12h。用 PEG20M 处理的柱子在高于 250℃使用时会降解流失。 Franken[28] 等人对于用 PEG20M 处理的柱子与固定液的湿润性进行了研究，认为 PEG20M 在柱子内壁形成薄的一层可与非极性固定液相容，如果是厚的一层可与极性固定液相容。 硅烷化是惰化毛细管柱内表面羟基活性的最有效方法。其原理是硅烷化试剂的活泼基 团与柱内表面羟基反应，从而消除表面羟基的活性。反应式如下：

最早硅烷化去活方法是在常温下进行。这样去活处理的毛细管柱要在低于 250℃下使 用。70 年代末 Welsch[44 ]等人首次提出高温硅烷化方法。在此之后，Grob[40]和 Lee[45]等人对 方法进行了改进, 证明在高温下进行硅烷化得到的去活层可在 300℃－400℃稳定。现在普 遍采用高温硅烷化去活玻璃和石英柱内壁的方法，简称 HTS（high-temperature silylation）。 HTS 可采用静态或动态的方法进行。静态法是将硅烷化试剂用氮气以４－５cm／s 的速度 通过柱子，试剂排出后将两边封住，缓慢升温（2~3℃／min）至 300℃－400℃，保持 4－ 20h。再用甲苯和甲醇依次冲洗，氮气吹干。动态法是把柱子放在 400℃炉中，将两端伸出 炉外，一端置于含有试剂的鼓泡器中，产生的蒸汽通过干燥的氮气将其循环流过柱子，持 续 48h 后将炉子冷却至 200℃，移去鼓泡器，用干燥氮气吹柱子，以除去未反应的试剂。动

态法并不常用。HTS 法处理的柱表面形成了三甲基硅烷基层，临界表面张力为 2.1-10

N/cm。涂制 OV-101、OV-１、SE-30 等非极性固定液可得稳定均匀液膜。硅烷化表面的覆 盖度与羟基量有关，用酸淋洗沥取后增大硅醇基密度的柱表面可增加覆盖度和柱子的热稳 定性。经六甲基二硅氨烷高温硅烷化的柱子表面能很低，也可涂制弱极性的固定液。若用 二苯基四甲基二硅氨烷和四苯基二甲基二硅氨烷进行硅烷化处理，可得到更稳定的去活表 面，适用于中等极性固定液的涂制[46,47]。 HTS 中的另一种常用方法是用聚硅氧烷高温降解[48]，又称 PSD 法。聚硅氧烷在 300℃ －400℃受热分解的部分产物与表面硅醇基键合形成一层高分子硅氧烷聚合层，达到去活的 目的。Blum 和 Grob[49]用ＸＦ-1105 固定液（含 50％氰乙基和 50％的甲基）和二苯基四甲 基二硅氨烷混合液在 370℃反应８h 后，用于涂制中等极性固定液的柱子。其它一些聚硅氧 烷固定液如 OV-1701、OV-101、SE-54、SE-52、OV-17、Dexsil 400 等均可进行热解去活处 理。 HTS 中的全硅烷化（persilylation）也是有效的去活方法[50]。全硅烷化的去活机理没有 一致的观点，如在高温下硅烷化试剂如何与石英玻璃硅醇基作用，在表面形成什么样的基 团等问题，有不少争论。Grob[50]等人用核磁共振谱研究了一些全硅烷化试剂与石英玻璃表 面硅醇基反应的产物，得到的结果如下：

他认为形成这种产物可使活性点得到屏蔽，既有去活作用又能改进固定液的湿润性。因此 这是一种令人十分满意的技术。常用的全硅烷化试剂有氯硅烷、硅氨烷、硅氧烷和聚硅氧 烷。 氯硅烷类：三苯基氯硅烷（TPCS）；二苯基氯硅烷（DPDCS）；六甲基二硅烷。 硅氨烷类：六甲基二硅氨烷（HMDS）是空间障碍最小的硅烷化试剂，它在玻璃表面 形成非极性的甲基硅氧烷基团，适合涂渍聚二甲基硅氧烷类固定液。二苯基四甲基硅氨烷 （DPTMDS） 在玻璃表面引入苯基， 所以适用于涂渍含苯基量不高的苯基甲基聚硅氧烷 （如 OV-61）类固定液。四苯基二甲基硅氨烷（TPDMDS）适合于涂渍苯基含量小于５０％的苯 基甲基聚硅氧烷类固定液的去活，例如从 OV-61 至 OV-17。 硅氧烷类：八甲基环四硅氧烷（Ｄ4）是使用最多的一种硅烷化试剂。将Ｄ4（20％）制 备在正戊烷中，以动态法涂渍，移动速度为２cm/s，封口并用铝箔把色谱柱包住，在 400℃ 下保持４h 后用正戊烷冲洗。用Ｄ4 处理过的柱子适用于涂渍非极性固定液。三苯基三甲基 环三硅氧烷（TMPCTS）和八苯基三甲基环四硅氧烷（OPCTS）是用来作涂渍中等极性固 定液的去活试剂。用二氯甲烷作溶剂，将

毛细管柱，涂渍 OV－1701－OH 可得到很好的去活效果。将 OPCTS 制成二氯甲烷的饱和 溶液，以２－４cm/s 的流速动态法涂渍在弹性石英毛细管柱中，把柱两端接到真空系统上， 抽空 0.5h 后封死，在 400℃下加热 16h，用三倍柱体积的二氯甲烷洗涤色谱柱。然后采用静 态法涂渍 OV－17 或 Dixil 400，效果十分令人满意。二氰丙基六甲基环四硅氧烷 （BCHMCTS）是含氢基（如 OV-225, Silar 10C 等）固定液的去活试剂[51]。去活方法是把 经沥取的玻璃柱或弹性石英柱以动态法涂渍２０％ （Ｗ／Ｖ） BCHMCTS 二氯甲烷溶液， 的 用氮气赶走溶剂后，在抽真空下将柱两端封死，以 5℃／min 升温至 395℃并保持 1.5h。最 后把温度慢慢冷却至室温，把柱子的一头放入二氯甲烷中后打开，这样有一部分二氯甲烷 进入柱中并用此溶剂在氮气流下洗涤柱子。 含氢聚甲基硅氧烷类更适用于石英毛细管柱的去活[52。 它可在 250-350 ℃较低的温度下 进行去活反应，克服了在高温下硅烷化石英柱外涂层聚酰亚胺被氧化的问题。这种去活试 剂有含甲基、苯基和氰丙基的三种：聚甲基氢基硅氧烷（俗称含氢硅油），其结构如下：

硅烷化方法是将弹性石英柱以动态或静态法涂渍纯液体的含氢硅油， 用氮气吹５ ~10min 后封住柱口，放在恒温箱中加热到 250℃－350℃，用约 10 倍柱体积的二氯甲烷洗 涤柱子，最后在 280℃老化 30min。用这种试剂处理的柱子只适用于涂渍非极性固定液。 含苯基聚甲基硅氧烷的去活试剂有苄基二甲基硅烷（a）、二苯基甲基硅烷（b）1,1,1 －三苯基甲基硅烷（c）和高分子量的含苯基的聚甲基氢基硅氧烷（d）。它们的结构如下：

使用这种试剂处理石英柱的基本步骤同上。不同的是去活在 250℃下保持 10h，即可得到满 意的效果。

（四）毛细管色谱柱的涂渍 (1) 动态涂渍法： 动态法系以惰性气体压力，推动固定液溶液通过毛细管柱，在柱内 壁上留下一层液膜。固定液的浓度一般为 10%-20%，根据固定液粘度和极性不同选择二氯 甲烷或丙酮作溶剂。操作时需在毛细管柱尾连接一根与柱子内径相同、长度约 10m 的废毛 细管，以免溶液走到柱尾时速度发生变化。柱子的另一端插入固定液溶液里，用高压氮气 把固定液溶液压入柱内。当液体到达柱体积的 1/5~1/10 时，将插入固定液中的毛细管柱拉 起离开液面。用 N2 推动溶液的液柱向前移动，速度为 2-6cm/s ，不得超过 10cm/s。涂完后 柱子继续通 N2 3－4h，以完全除去溶剂。 动态法涂渍固定液速度快，但常常得不到均匀的液膜，重复性较差，柱效也比较低。 为了提高动态法的效果， 人们不断提出改进的方法。 Levy[54] 等人提出一种限制流速的办法， 将装置置于要涂渍柱的后边，在涂渍过程中使溶液流动速度稳定。提高动态法的效果也可

采用汞塞法：往色谱柱管中吸入柱长 10%的固定液溶液，停止抽空，使毛细管入口离开液 面，让液柱后的弯月面移动几厘米。然后把柱入口处擦干净，取一小滴干净的汞放入管中， 使汞塞长度为 8-10cm，举起毛细管入口端以重力使汞塞进入柱中。把毛细管柱平放在没有 对流风的桌面上，并用一块玻璃片盖在毛细管平面上，在毛细管末端装一段缓冲柱。施加 一定压力使汞塞向前移动，速度约为 0.5—0.7cm/s, 液体离开毛细管柱之后，取下缓冲柱。 加大气体流量吹扫色谱柱 20min, 然后进行色谱柱的老化。 液膜厚度难予准确预测，通常只能近似按公式 df = rc/ 200(vη /γ ）0.5 计算，式中 df 为液膜厚度；rc 为毛细管柱内径；ν ：涂渍溶液移动速度; η ：涂渍溶液的 粘度；γ ：涂渍溶液的表面张力。

(2) 静态涂渍法： 静态涂渍法的优点是重现性好，柱效高。其方法要点是把固定液的 稀溶液（0.2—2% W/V） 用真空系统吸入毛细管柱中，一端封口，从另一端抽真空，在低 于溶剂沸点 10—15℃的恒温条件下使溶剂慢慢蒸发出去。 这样在管壁留下一层薄薄的液膜， 液膜厚度通常用 df=rc/ 200 公式计算。计算时应注意，涂渍液浓度单位是 V/V, 而实际配制 时往往采用 W/V，因此必须知道其密度。表 2－10 列出了一些固定液的密度。在静态涂渍 法中，毛细管口的密封是一个关键的问题，溶剂与封口的交界面不能留下气泡，否则它将 会把柱内的部分或全部涂渍液带出柱外。 为此人们已经研究过许多封口方法和材料[52-58], 如 用有机胶、水玻璃、各种蜡脂和聚四氟已烯等。本文推荐硬脂酸甘油酯和水玻璃作封口材 料。 表 2－10

为了缩短制作柱子的时间，选用溶剂时除了考虑对固定液的溶解性能外，还应尽量选 用挥发性强的。例如，一支 20m 长、内径为 0.3mm 的毛细管柱在室温下蒸发，若用二氯甲 烷作溶剂需要 15h, 而选用戊烷只需要 8h。 Kong 和 Lec[60]提出了高温（85℃）下的静态涂渍法，加快了溶剂的挥发速度。国内徐 秉玖等人[61]改进了这一方法，建立了所谓自由逸出静态涂渍法。该方法是在高于溶剂沸点 75℃或 80℃的恒温条件下进行。不需抽真空使溶剂自由挥发，蒸发溶剂时在毛细管柱上接 上一段缓冲柱增加阻力。这种方法简便，涂渍速度快，柱效高，可用于各种柱径和固定液 的涂渍。 (3) 毛细管柱的交联 涂渍在毛细管柱内的固定液，通过分子间的共价连接（原位交

联）或与毛细管柱壁连接（键合），液膜稳定性得到了提高。制备这种毛细管柱的技术称 之为毛细管柱的交联。交联柱有下列优点： I 增大粘度，减小柱流失，提高柱子的使用温度，交联使原来线性的固定液分子变成网 状结构。制备好之后，用溶剂把未交联的低分子物质洗去，从而提高了固定液的热稳定性。 II 抗溶剂冲洗，有利于柱内污染物的清除。 II 防止固定液在柱中脱落，允许注入大体积稀溶液，不致于造成柱子超载。 IV 防止固定液的热重排。固定液交联形成的固定液网状结构阻止热重排。 制备交联柱有两种方法， 其一是通过固定液的缩合或固定液柱壁上的硅醇基反应形成 Si-O-Si 键而实现交联固化。另一方法是聚硅氧烷上的甲基（或乙烯基）经引发剂引发产生 Si-C-C-Si（即碳与碳间形成键）的反应。下面介绍几种交联的方法： 加热缩合法 I 固定液直接与玻璃柱内壁上的 Si-OH 缩合固化。 其原理是涂布在柱内的端羟基固定 液在加热过程中与玻璃表面的硅醇基产生缩合键合而实现交联化。其方法是把涂渍完的柱 装入气相色谱仪中，在大约 0.3bar 的压力下通入氢气冲洗，以 1℃/min 速率升至 300℃保持 过夜，即可完成缩合固化。这种方法可应用于各类端羟基固定液，能得到热稳定性和惰性 都很好的柱子。 例如经过这种方法交联的 OV-1701-OH 和 OV-31-OH 色谱柱， 可长期在 330 ℃使用。而非极性的 PS-086 和 PS-347 色谱柱，使用温度可高达 380℃。对于氰基固定液的 缩合，应注意采用低的程升速度和高的载气流速，目的是防止在缩合过程中可产生胺基而 增加柱子活性。缩合键合的固化程度与可供缩合的柱壁硅醇基密度、固定液分子量和膜厚 等因素有关。

II 在交换剂作用下产生缩合固化常用的交换剂有：甲基三甲基硅氧烷、二甲基二甲氧 基硅氧烷和氰丙基三乙氧基硅氧烷。方法通常是将含有一定数量交联剂的端羟基固定液涂 渍在柱子上后，用 N2 吹 5min。然后把两端封住，在恒温箱 60℃保持 1h，打开柱两端并将 柱子装在色谱仪上，约在 0.4bar 压力下通 H2，以 1℃/min 速率升至 280℃保持 6h，即可完 成固化。这种交联固化可形成大分子网状结构，其反应式如下：

柱内壁网状大分子的形成，可提高柱子的热稳定性，例如非极性固定液通过甲基三乙基硅

原位自由基引发法 原位自由基引发法是广为应用的一类交联方法。这类方法的交联机理主要是通过不同 自由基母体，如过氧化合物、偶氮化合物、臭氧或γ 幅射诱导等产生的自由基与聚合物链 形成 Si-C-C-Si 链段交联结构。其形成方式为：

把引发剂按一定比例与固定液混合配成涂渍液，按静态法或动态法涂渍柱子，将两端封

住后放在色谱仪柱室内，以 410C/min 速率升到适当温度（决定于不同引发剂）。保持一定 时间进行交联固化。对液体引发剂的交联方法是：先按常规方法涂渍毛细管柱，涂好后用 氮气通入引发剂液体，把引发剂蒸汽带入毛细管柱约 2h。然后与上述的相同的条件交联。 对蒸汽压较低的液体引发剂可直接加到固定液中。常用的引发剂如下几类： 过氧化物引发剂： 这类引发剂有过氧化苯甲酰（BP ）、过氧化二异丙苯（DCP）、 过氧化叔丁基（TBP）、过氧化 2，4 二氯苯甲酰（DCBP ）。BP 和 DCBP 很活泼，可在 较低的温度下进行交联。但缺点是会产生极性强的分解产物，改变固定液的极性，而且在 甲基聚硅氧烷固定液中溶解度小， 容易引起交联后的液膜不均匀， DCP 和 TBP 分解温度高， 反应活性小一些。但它们的分解产物为中性，对固定液和柱极性影响不大。DCBP 分解温 度比 TBP 低一些，是值得推荐的引发剂。 偶氮化合物引发剂： 近年来研究表明多种极性和非极性固定液都可由偶氮引发交联， 对固定液不会发生氧化， 副产物对柱极性没有影响。 这类引发剂主要有偶氮叔丁烷 （ATB） 、 偶氮叔辛烷（ATO）、偶氮异丁氰（ATBN）和.偶氮叔十二烷（ATD）。其效果最好的是 ATB 和 ATO 。 臭氧引发剂：这类引发剂适用于中等极性和非极性固定液。对于 OV-1、SE-33、SE-54、 OV-215 等固定液只需室温即可固化交联。而对 SE-30、OV-1701、SE-52 和甲基氰丙基聚硅 氧烷等固定液需在 50—150℃交联[62]。臭氧也适合于含有甲苯基或乙烯基固定液的引发交 联。但是由于 O3 要渗透到固定液中才能引发交联，因此适用于薄膜毛细管柱的交联。为减 少柱子浪费，柱子可先经过评价，选质量好的再通臭氧交联。这种方法重复性好，设备简 单，无残留副产物。此外，Schomburg[63]和 Bertsch[64]等人曾提出用 60Co 高能照射法交联固 定液。但由于这种方法费用昂贵，而且对极性固定液的交联效果不理想，对弹性石英毛细 管柱的外涂层聚氯亚胺有破坏作用，所以该方法应用不多。

二、毛细管柱的质量评价

无论是自制的还是商品的毛细管柱，在使用前都要对其性能进行评价。能反映柱子综 合性能的有三项主要指标，即柱效、表面惰性和热稳定性。但这三项指标数值随测试样品 和操作条件而异。规定标准化的色谱参数和测试样品，才能准确地测量和客观地评价柱子 性能。Grob[40,65]等人规定了标准化测试条件并且提出用各种极性、各种官能团的混合物进 行测试，以便考核柱子的不同性能，如极性和酸碱性等。这些化合物包括醇类、醛类、酮 类、酚类、游离醇、酯类、胺类、烷烃和芳香族化合物。目前一些色谱工作者和柱生产厂 家采用 Grob 的检测实验方法。

（一）毛细管柱的分离能力

柱效能常用每米柱长理论塔板数来衡量，柱的性能、理论塔

板数的大小，很大程度上取决于操作条件，如载气性质、流速、柱温以及进样量等。 n/m=16(tR/wb)2/L; n/m=5.54(tR/wh)2/L. tR－色谱峰保留时间． wb－色谱峰峰底宽． wh—色谱峰峰高一半处的宽度． L－柱长． 分离数 分解数是在碳原子数为 n 和 n+1 的两个相邻标准同系物的峰之间，使分离度

达到时可插入组分峰的数目，它是一个易于测量的参数，既适用于恒温操作，也适用于程 序升温，程序升流速操作。测试的样品要根据固定液的性质来选择。分离数的公式为：

TZ 与容量有关，常采用 K=3 时的 TZ 来比较柱效。 涂渍效率 涂渍效率是在最佳条件下，理论与实测塔板高度之比，用百分数表示为：

CE%=H 理论/H 实测 × 100 它表明一根毛细管柱达到“理想性”的程度。一般性能好的柱子涂渍效率在 80~100％之间。 （二）柱活性的考查 毛细管柱的活性主要是由于玻璃和石英内壁的硅烷醇基与极性组分

中的氢或硅氧烷桥之间氢键的键合作用。另外由于在玻璃内存在金属氧化物所表现出的酸 碱活性所引起吸附。这些峰将造成峰扩宽和托尾，响应值减小，对试样产生催化作用。采 用 Grob 的测试方法，一次实验可以得到柱子的综