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毛细管柱的制备
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&& （一）毛细管柱的材料&&& 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。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12-1-1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150°，是一种最简单的玻璃。通常人们称它为石英。其结构见图12-1-1（a）。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）。
&&& 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黏度，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），其组成如表12-1-6 所示。Na2O、CaO 和B2O2等氧化物的加入使Si―O―Si 键截断，如图12-1-1（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12-1-6& 钠钙玻璃和硼硅玻璃的组成()
&&& 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1-5×10-6g/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 键分子（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0.31nm 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0.24-0.28nm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12-1-7 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12-1-7& 真空处理二氧化硅后表面羟基的浓度()
&& （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的发明相似，如日本岛津公司的DM-2型，见图12-1-2。外径为4-10mm，内径为2-6mm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。
&&& 2. 弹性石英毛细管柱的拉制&&& 石英比玻璃熔点高，不能用一般玻璃拉制机拉制。石英毛细管的拉制机见图12-1-3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。这种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0.1-0.5mm，壁厚&0.05mm。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）以及甘油三酯类的分离。
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&& （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表面上测定其接触角（θ），把cosθ对同系物的表面张力作图，一般成一条直线，在cosθ=1 时的表面张力即为该固体表面的临界表面张力。如果液体的表面张力小于某一固体表面的CST，其接触角为零，该固体表面就可以被此液体所湿润。由此可见CST 作为湿润性的标志，可用作衡量固定液是否易于涂渍成均匀薄膜的定量考查。光滑干净玻璃的CST&3.0×10-4N/cm，而大多数固定液的表面张力=3.0-5.0×10-4N/cm，这说明大多数固定液对玻璃表面不湿润。要制作有效的毛细管柱，首先必须对玻璃和石英管内壁表面进行粗糙化或化学、物理改性，使它们的表面能增大，CST值提高。表12-1-8 和表12-1-9分别给出了一些固定液的表面张力和玻璃及石英经不同方法处理后的CST值。
表12-1-8& 室温下部分固定液的表面张力()
表12-1-9& 柱材料表面的临界表面张力()
&&& 1. 毛细管柱内表面的粗糙化&&& 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，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
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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，其表面积是光滑玻璃的上千倍。因有剧毒，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，24h 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，如石墨化炭黑、氯化钠微晶、碳酸钡以及二氧化硅等惰性微粒物质。
&&& 分别以静态和动态法研究了在毛细管柱内壁沉积石墨化炭黑的方法，即把石墨化炭黑制成胶体溶液，然后涂渍在毛细管中，石墨化炭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。&&& 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&1μm）在300℃加热3h，然后以CHCl3和二氧六环为溶剂配成6-8mg SiO2/ml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。&&& 玻璃毛细管柱的沥取：所谓沥取（leaching）就是用酸或碱把玻璃柱内表面的金属离子除去，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，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被水化。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12-1-4所示。
&&& 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2-4h，使柱内的水气、酸气彻底除去。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。Grob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0 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25%的盐酸溶液至"(-柱长，以1cm/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情性化处理。目前应用的惰性化处理方法，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使用PEG20M改性硅藻土色谱载体，后来Cronin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280℃。动态法是在载气的携带下将&=3")& 蒸气与置于250℃的毛细管柱内壁反应12h。用280℃ 处理的柱子在高于250℃使用时会降解流失。对于用PEG20M 处理的柱子与固定液的湿润性进行了研究，认为280℃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。&&& 硅烷化是情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：
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&&& 最早的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。20 世纪70年代末Welsch等人首次提出高温硅烷化方法。在此之后，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，产生的蒸气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2.1×10-4N/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。
&&& HTS中的另一种常用方法是用聚硅氧烷高温降解又称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。其他一些聚硅氧烷固定液如OV-1701、OV-101、SE-54、SE-52、OC-17、Dexsil1400 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。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。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（IPDMDS）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（TMPPCTS）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TMPCTS与DPTMDS 等体积混合液处理的玻璃毛细管柱，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%$1，用; 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Dixil400，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。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5℃.min 的BCHMCTS二氯甲烷溶液，用氮气赶走溶剂后，在抽真空下将柱两端封死，以0.2g/ml 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。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：
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&&& 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：
使用这四种去活试剂处理弹性石英柱不仅可以去活而且可以使柱表面具有适合于涂渍极性固定液的湿润性。使用这几种试剂的去活方法是：将5%-10%的聚苯基甲基氢基硅氧烷甲苯溶液以动态法涂渍到毛细管柱中，用氩气吹柱子10h以除去溶剂，将柱子两端封死，注意不要让空气进入柱中。最后在300℃下去活10h。&&& 二氰丙基甲基氢基硅氧烷的结构如下：
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%，根据固定液黏度和极性不同，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中，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N23-4h，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。也可采用汞塞法提高动态法的效果：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，待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。&&& 液膜厚度难于准确预测，通常只能近似按以下公式计算，
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式中，df为液膜厚度；rc为毛细管柱内径；ν为涂渍溶液移动速度；η为涂渍溶液的黏度；γ 为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（2-20mg/ml）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，涂渍液浓度为体积百分数，而实际配制时往往采用g/ml为单位，因此必须知道其相对密度。表12-1-10列出了一些固定液的相对密度。在静态涂渍法中，毛细管口的密封是一个关键性问题，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，如用有机胶、水玻璃、各种蜡脂和聚四氟己烯等。这里推荐硬脂酸甘油酯和水玻璃作封口材料。
表12-1-10& 部分固定液的密度()
&&& 为了缩短制作柱子的时间，选用溶剂时除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），使液膜稳定性得到提高。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：&&& ①增大黏度，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。&&& ②抗溶剂冲洗，有利于柱内污染物的清除。&&& ③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。&&& ④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在柱壁上的硅醇基反应形成!"―#―!" 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!"―$―$―!（" 即碳与碳间形成键）的反应。下面介绍几种交联的方法：&& （1）加热缩合法&&& ①固定液直接与玻璃柱内壁上的Si-OH缩合固化。其原理是涂渍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。&&& ②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氧烷的缩合固化，可使柱子使用温度提高到380-390℃。
&& （2）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辐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41℃/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，把引发剂蒸气带入毛细管柱约2h。然后与上述的相同的条件交联。对蒸气压较低的液体引发剂可直接加到固定液中。常用的引发剂有如下几类：&&& 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。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和Bertsch等人曾提出用E9 $= 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。