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实验室分析仪器--气相色谱柱空心柱的种类

2022.1.26

空心柱种类

(一)柱管管材

在空心柱气相色谱的发展过程中,柱管材料的选择也几经变迁。研究中曾经使用过金属、塑料、玻璃作为管材,目前最常用的管材是普通玻璃和石英玻璃。

1.普通玻璃

玻璃管材主要分普通玻璃管和石英玻璃管两大类。用于制作空心柱管的普通玻璃管有钠钙玻璃(或称软质玻璃)和硼硅玻璃(或称硬质玻璃)。考察材料的化学结构有助于更进一步认识它们的特性,钠钙玻璃组成为SiO267.%,Na2O15.6%,CaO5.7%,MgO3.9%,Al232.8%B230.8%,K2O0.因Na2O等金属氧化物含量高,有碱性,易于催化分解硅氧烷类固定液和吸附酸性物质。硼硅玻璃组成为SiO21%,B2O312%,Na2O3%,Al232%,K201%,B2O3会提高材料的耐高温性能,硬质玻璃比软质玻璃强度好,熔点高,它所能耐受的温度是450℃,在气相色谱中较为常用的是硼硅玻璃。


2.石英玻璃

玻璃在其生产过程中会添加一些金属氧化物。玻璃中的金属氧化物被看作是路易斯酸,在玻璃表面形成结合位点,能够对一类局部电子密度高的化合物[酮类、胺类和含π键的分子(如芳香化合物和烯烃)]产生吸附,另外,硼杂质也能在玻璃表面形成路易斯酸作用点。以硼硅玻璃为例,其金属氧化物含量达到了19%而石英玻璃中含量不超过1ug/g。所以石英玻璃是现代气相色谱制柱的首选材料,石英的主要成分也是二氧化硅,由于石英中极少的金属氧化物含量,这也就意味着石英玻璃表面不存在或存在少量活性吸附位点,相比普通玻璃具有卓越的惰性,而且它柔韧性好,不易断裂熔点也比普通玻璃高,缺点是价格比普通玻璃要高。


制作空心管的石英玻璃分为天然熔融石英和人造石英。由于人造石英管难得且价格昂贵,一般利用熔融石英管作为色谱柱管材,用其制得的空心柱管壁很薄,柔韧性极好,使用时不易断裂,不足之处是管外壁涂的聚酰亚胺不耐高温。


3.铝涂层石英空心柱

玻璃或者石英空心柱外层一般在管外涂覆了一层聚酰亚胺,这层聚酰亚胺能够改善玻璃和石英容易断裂的缺点,但在分析蜡类、原油或者甘油三酯这样的物质的时候,常常要求色谱柱能承受400℃以上的温度,持续高温下聚酰亚胺层会出现变色老化,涂层脱落,进而导致柱管断裂。研究者把聚酰亚胺层替换成铝,取得极佳的效果4]。这种高温气相色谱柱在保留了熔融石英柱的惰性和柔韧性的基础上具有优良的导热性,已成为商品化色谱柱。


4.石英内衬不锈钢柱

将铝涂层石英空心柱的柱体和内衬的角色对调,就是石英内衬不锈钢柱。不锈钢毛细管柱耐温性可以达到450℃,但是其内壁粗糙,容易污染,柱效较低,有催化活性和金属活性,所能分析的物质范围较小。研究者将石英沉积于不锈钢柱内壁上,完美结合了金属柱和石英柱的优点,目前已将其应用于胺类、挥发性有机物和石油产品的分析中。


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