色譜儀色譜柱概述（三）

濕潤性是指液體浸潤固體表面的能力，這種能力通過接觸角來衡量。接觸角是指液體界面的切線與固體表面的夾角。當接觸角為零時，液體完全濕潤固體表面，易于涂漬成均勻的薄膜。反之，當接觸角增大時，液體覆蓋固體表面的能力降低，液體能否浸潤固體表面取決于液體的內聚力和固體表面的能量。液體的內聚力用其表面張力表示，固體的表面能通過表面自由能表示。當液體的表面張力大于某一固體表面的臨界表面張力時，此液體在固體表面上的接觸角大于零。光滑干凈玻璃的臨界表面張力＜3×10ˉ⁴N/cm，大多數固定液的表面張力為5×10ˉ⁴N/cm，這說明大多數固定液對玻璃表面不濕潤。要制作有效的毛細管柱，必須對普通玻璃管和石英玻璃管內表面進行粗糙化、化學和物理改性，使它們的表面能增大，提高臨界表面張力。

1、毛細管柱內表面的粗糙化：

毛細管柱內表面的粗糙化方法有表面腐蝕法和表面沉積惰性微粒物質法。表面腐蝕法只用于普通玻璃毛細管柱，不適用于石英玻璃柱，因腐蝕后的石英玻璃柱壁太薄，易于脆斷。

（1）表面腐蝕法：

1）氯化氫刻蝕法：

將干燥的氯化氫氣體通入普通玻璃柱，用小火把柱兩端封住，在300～400℃下加熱3～12h， 可在毛細管柱內表面形成有規則排列的氯化鈉晶體粗糙層。

2）氟化氫刻蝕法：

用氟化氫在高溫下使普通玻璃表面形成二氧化硅晶須，其表面積是光滑玻璃的上千倍。一般不直接使用氟化氫氣體，通常用2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化銨充滿毛細管柱，把柱兩端封住，然后加熱一段時間，2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化銨放出氟化氫，使玻璃表面產生高密度須狀物。晶須的粗細和長度取決于試劑濃度、溫度和反應時間。刻蝕溫度低于250℃不會形成晶須。刻蝕溫度在400℃，試劑濃度在2%～10%，24 h后晶須生成完全。

（2）表面沉積惰性微粒物質法：

1）石墨化碳黑沉積法：

把石墨化碳黑制成膠體溶液涂漬在毛細管柱內表面，石墨化碳黑會牢固地粘附在柱內表面上，各種溶劑都沖洗不掉。

可適應各種類型的固定液，但是不能涂漬厚液膜的固定液。

2）氯化鈉微晶沉積法：

將氯化鈉制成飽和甲醇溶液，然后加入1，1，1－三氯乙烷或三氯甲烷，使之成為膠體溶液。將此溶液通過毛細管柱，待溶劑蒸發后再涂第二次，這樣反復四次以上，zui后將毛細管柱加熱至350℃保溫1h。

3）碳酸鋇沉積法：

在毛細管柱內表面涂以氫氧化鋇溶液，然后通入二氧化碳氣體除去溶劑，可在毛細管柱內表面生成碳酸鋇層。

由于碳酸鋇形成較強的活化點，去活困難，對某些固定液熱穩定性差。

4）二氧化硅沉積法：

將SiO₂粉末（＜1μm）在300℃加熱3h，然后以CHCl₃和二氧六環為溶劑配成6～8mg/mL SiO₂混合液，超聲1～1.5h使SiO₂分散成均勻的懸浮液。將此懸浮液吸入用CHCl₃濕潤過的毛細管柱至10%柱長后，用N₂流使懸浮液通過毛細管柱，再用低流速N₂趕走溶劑即可完成SiO₂涂層，達到覆蓋表面活性基團和粗糙化的雙重目的。

適合涂漬極性較大的固定液。

2、毛細管柱內表面的羥基化：

在毛細管柱內表面去活處理前，無論是普通玻璃柱還是石英玻璃柱都要經過酸處理，目的是使毛細管柱內表面增加硅醇基，在下一步的去活化中降低或消除玻璃種類的影響，從而制備出重現性好的毛細管柱。

（1）普通玻璃毛細管柱的瀝取：

普通玻璃毛細管柱的瀝取是用酸或堿把柱內表面的金屬離子除去，使玻璃表面形成豐富的硅醇基。

堿瀝取時玻璃表面被腐蝕形成多孔層，用酸瀝取能得到較為平滑的表面，通常用酸瀝取。在硫酸、硝酸、磷酸、草酸和鹽酸中，鹽酸效果zui好，不會在二氧化硅表層中留下殘酸，合適的鹽酸濃度為18%。

酸瀝取玻璃表面是用氫離子取代金屬離子，即將玻璃表層和表層上稍微深層的金屬離子遷移出來。用負壓法將酸溶液吸入毛細管柱中，然后把柱緩慢加熱，使柱中的鹽酸溶液溢流出一部分，待冷到室溫后柱內有一段是空的，在真空條件下把柱兩端封住，繼續加熱。在150℃達到中等程度瀝取，若需深度瀝取可加熱到175℃。瀝取后的毛細管柱應立刻進行洗滌，洗滌一般用0.2%～1%的鹽酸或水，目的是除去濃鹽酸溶液和瀝取出來的金屬離子。洗滌后的毛細管柱通以干燥N₂，置于約250℃下保溫2～4 h，使柱內的水汽和酸氣徹底除去。

（2）石英玻璃毛細管柱的水熱處理：

石英玻璃毛細管柱的水熱處理是在高溫下使柱內表面充分羥基化。石英玻璃柱因在高溫下拉制，表面羥基含量很少，約0.2/nm²，這樣少的羥基不易去活處理，水熱處理后獲得的豐富羥基對涂漬極性固定液十分重要。

通常采用酸進行處理。將2%的鹽酸溶液充入毛細管柱至25%柱長后，以5cm/s的速度使鹽酸溶液向前移動至柱另一端流出溶液，用丁烷/氧火焰把柱兩端封住，再把毛細管柱放入恒溫箱中在200℃保溫6h。然后再一次充以2%的鹽酸溶液至25%柱長后，以1cm/s的速度把鹽酸溶液趕出毛細管柱，zui后將毛細管柱抽真空并在230℃保溫1h。

3、毛細管柱內表面的惰性化：

毛細管柱內表面的粗糙化可使固定液液膜穩定，但也使柱內表面的活性增加，對一些固定液產生嚴重吸附。要制備一支柱效高、活性低、熱穩定性好和保留值重復的毛細管柱，在填充前，無論是普通玻璃柱還是石英玻璃柱都要進行惰性化處理。目前應用的惰性化處理方法是使用有機聚合物和硅烷化試劑處理柱內表面，應用zui多的是后者。

（1）有機聚合物處理：

最早是使用聚乙二醇改性硅藻土色譜載體，后來用于改性毛細管柱內表面取得了很好的效果。一般認為去活機理是聚乙二醇在高溫下產生環氧烷結構單元，然后開環與毛細管柱內表面的硅羥基發生鍵合反應，形成一層橋式結構的聚合物薄膜以掩蔽硅醇基的活性。聚乙二醇惰性化處理有靜態法和動態法。

1）靜態法：

靜態法是將6%的聚乙二醇的二氯甲烷溶液充入毛細管柱，趕凈溶劑后，將柱兩端封住，放入恒溫箱中在280℃保溫2～4h，zui后洗去剩余的聚乙二醇。

2）動態法：

動態法是在載氣的攜帶下將聚乙二醇蒸氣與置于250℃的毛細管柱內表面反應12h。

（2）硅烷化試劑處理：

硅烷化是惰化毛細管柱內表面羥基活性zui有效的方法。其原理是硅烷化試劑的活潑基團與毛細管柱內表面的羥基反應，從而消除表面羥基的活性。zui早硅烷化去活是在常溫下進行，經去活處理的毛細管柱要在低于250℃下使用。現在普遍采用高溫硅烷化去活毛細管柱內表面，有靜態法、動態法、聚硅氧烷高溫降解法和全硅烷化等。

1）靜態法：

將硅烷化試劑用N₂以4～5cm/s的速度通過毛細管柱，試劑排出后將毛細管柱兩端封住，緩慢升溫（2～3℃/min）至300～400℃保持4～20h，再用甲苯和甲醇依次沖洗，N₂吹干。

2）動態法：

把毛細管柱放在400℃爐中，將兩端伸出爐外，一端置于含有硅烷化試劑的鼓泡器中，產生的蒸氣通過干燥的N₂將其循環流過毛細管柱，持續48h后將爐子冷卻至200℃，移去鼓泡器，用干燥N₂吹毛細管柱，以除去未反應的試劑。

動態法不常用。

3）聚硅氧烷高溫降解法：

聚硅氧烷在300～400℃受熱分解的部分產物與毛細管柱內表面的硅醇基鍵合形成一層高分子硅氧烷聚合層，達到去活的目的。

4）全硅烷化：

目前全硅烷化的去活機理沒有一致的觀點，如在高溫下硅烷化試劑如何與石英玻璃硅醇基作用，在表面形成什么樣的基團等問題，有不少爭論。

常用的全硅烷化試劑有氯硅烷類、硅氨烷類、硅氧烷類和聚硅氧烷類等。