氣相色譜柱的老化：目的及操作
在氣相色譜分析中，色譜柱的老化是非常重要和常見的操作，色譜柱老化又稱之為“色譜柱活化”或者“燒柱子”、“烤柱子”。色譜柱供應(yīng)商和儀器廠家均建議對新的色譜柱、長期放置未使用又重新啟用的色譜柱、長期使用的色譜柱和進(jìn)行復(fù)雜基質(zhì)或者大量樣品分析的色譜柱進(jìn)行老化。
1 色譜柱老化的目的和效果
1.1 色譜柱老化的目的和作用
色譜柱的老化具有多個(gè)方面的作用，對于新的色譜柱，通過色譜柱的老化，可以除去柱內(nèi)殘留的溶劑、鍵合或者涂布不夠穩(wěn)定的固定相/液，讓新柱子性能更穩(wěn)定；對于長期放置未使用又重新啟用的色譜柱，通過色譜柱的老化，可以排除由于長期放置進(jìn)入色譜柱內(nèi)的氧氣、水等物質(zhì)，使色譜柱性能恢復(fù)最佳；對于長期使用的色譜柱和進(jìn)行復(fù)雜基質(zhì)或者大量樣品分析的色譜柱，通過色譜柱的老化，一方面可以排除頻繁使用造成的高沸點(diǎn)雜質(zhì)殘留，另一方面可以通過固定相的熱脹冷縮，重新覆蓋住色譜柱內(nèi)壁上部分由于固定相流失造成的活性位點(diǎn)（注：色譜柱長期在高溫下使用，由于高溫、微量水的水解作用、微量氧氣的氧化作用，會(huì)誘發(fā)固定相破壞和緩慢流失，導(dǎo)致毛細(xì)管柱內(nèi)壁活性基團(tuán)——硅羥基暴露，暴露的硅羥基吸附樣品可能導(dǎo)致色譜峰拖尾，分叉和基線噪聲變大等問題）。
簡而言之，氣相色譜柱老化是指色譜柱在通載氣情況下進(jìn)行高溫烘烤，借以用載氣帶出污染物和恢復(fù)色譜柱性能的過程。
什么時(shí)候進(jìn)行色譜柱的老化
色譜柱是否需要進(jìn)行老化，一般從四個(gè)方面來進(jìn)行判斷。
首先，做好色譜柱的日常維護(hù)。應(yīng)當(dāng)根據(jù)樣品量和色譜柱使用情況制定色譜柱的老化計(jì)劃，包括固定數(shù)目/批次的樣品之后進(jìn)行老化或者每周、每月甚至每季度的固定時(shí)間進(jìn)行老化。日常維護(hù)最好結(jié)合進(jìn)樣口進(jìn)樣墊、襯管的維護(hù)和更換同步進(jìn)行。
其次，考慮色譜柱的使用情況。當(dāng)使用新的色譜柱，或者色譜柱長期放置未使用又重新啟用的時(shí)候，需要對色譜柱進(jìn)行老化。
再者，考慮樣品的情況。如果樣品基質(zhì)較為簡單（如白酒、飲用水等），或者使用熱解吸裝置、頂空進(jìn)樣或者吹掃捕集進(jìn)樣，不需要頻繁老化色譜柱；如果色譜柱基質(zhì)比較復(fù)雜（如高沸點(diǎn)物質(zhì)、農(nóng)殘?zhí)崛∫骸⑼寥腊霌]發(fā)性有機(jī)物萃取液），或者含有對色譜柱固定相有破壞的物質(zhì)（有機(jī)酸、堿）等，或者直接分析水樣等，則需要適當(dāng)增加老化頻率。
最后，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行判定。比如運(yùn)行儀器空白出現(xiàn)雜峰、柱效和分離度下降、拖尾等，則需要判斷是否是進(jìn)樣口的問題之后，對色譜柱進(jìn)行老化。
1.3 什么情況可以判定色譜柱老化合格？
1.3.1 色譜柱接在檢測器上進(jìn)行老化
在進(jìn)行色譜柱的老化時(shí)，如果色譜柱接在檢測器上（如FID），可以通過對檢測器基線進(jìn)行監(jiān)控來判斷是否還有雜峰，如果沒有雜峰可以認(rèn)為老化合適。
1.3.2 色譜柱未接檢測器上進(jìn)行老化
如果老化時(shí)色譜柱沒有接在檢測器上，老化完畢后，請正常安裝和使用色譜柱（即將色譜柱正常連接在進(jìn)樣口和檢測器上），之后運(yùn)行一個(gè)程序升溫儀器空白，通過判斷是否有雜峰來判斷老化是否合適。之所以運(yùn)行程序升溫空白的原因在于，同樣的色譜柱在恒溫時(shí)可能沒有雜峰，但是程序升溫卻會(huì)產(chǎn)生雜峰。
毛細(xì)管色譜柱老化后最好進(jìn)行一個(gè)程序升溫空白進(jìn)行檢查。需要注意的是，在進(jìn)行程序升溫空白時(shí)候，色譜柱的基線抬升是正常現(xiàn)象。
2 老化之前的準(zhǔn)備
在進(jìn)行色譜柱老化之前，建議先做一些準(zhǔn)備工作，避免儀器系統(tǒng)的污染（如進(jìn)樣口污染、載氣不純等）對色譜柱造成二次污染，導(dǎo)致老化效果不佳。
2.1 常規(guī)維護(hù)
老化之前的常規(guī)維護(hù)準(zhǔn)備內(nèi)容主要包括以下內(nèi)容：（1）開啟鋼瓶，觀察鋼瓶載氣等壓力是否足夠；（2）如果使用氫氣發(fā)生器，檢查氫氣發(fā)生器的液位是否在要求之內(nèi)（即使老化色譜柱時(shí)色譜柱不接在如FID等檢測器上——即不開啟和不使用檢測器，也應(yīng)該及時(shí)觀察液位）；（3）檢查氣體凈化裝置是否需要更換（包括發(fā)生器自帶的凈化裝置及管路安裝另行安裝的凈化裝置）；（4）檢查進(jìn)樣口的進(jìn)樣墊和襯管、O型圈等是否需要更換；（5）做好儀器使用記錄，包括使用人、使用日期、用途，鋼瓶壓力記錄和鋼瓶更換記錄，儀器維護(hù)記錄（如進(jìn)樣墊和襯管更換記錄）等。
儀器在長期使用過程中，毛細(xì)柱進(jìn)樣口的襯管中可能積聚大量的污染物、進(jìn)樣墊碎屑等；O型圈老化變形后也會(huì)持續(xù)散發(fā)污染物，老化之前應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換相關(guān)耗材，避免在老化色譜柱時(shí)污染物進(jìn)入到色譜柱中，卻不能完全排出色譜柱，從而對色譜柱造成二次污染。如果是填充柱，主要是用溶劑超聲清洗一下填充柱進(jìn)樣口用以安裝填充柱的適配器并烘干。
氣源的純度保證、氣體凈化裝置的及時(shí)更換可以除去氣源中的污染物以及水、微量氧等，延長色譜柱壽命，因此也應(yīng)當(dāng)及時(shí)更換。相關(guān)詳細(xì)內(nèi)容，可以點(diǎn)擊鏈接查看往期文章：第09篇 氣相色譜中的氣體凈化裝置///氣相色譜第二課：2.3 開啟儀器之前的準(zhǔn)備
2.2 正確維護(hù)待老化的色譜柱
對于分析了基質(zhì)比較復(fù)雜樣品（如高沸點(diǎn)物質(zhì)、農(nóng)殘?zhí)崛∫?、土壤半揮發(fā)性有機(jī)物萃取液）的毛細(xì)管色譜柱，會(huì)有大量的污染物聚集在柱頭，對于該種情況下的色譜柱，老化之前應(yīng)適當(dāng)截取一段色譜柱的柱頭（當(dāng)截取長度較長時(shí)候，如果使用帶有EPC的儀器，請注意更改軟件中色譜柱長度的設(shè)置）；另外，對于新的色譜柱或者長期放置未使用又重新啟用的色譜柱，平時(shí)保存時(shí)候會(huì)使用橡膠密封墊封閉兩端，老化之前也應(yīng)當(dāng)截取一段柱頭，避免橡膠碎屑?xì)埩糁^。
如果使用的是填充柱，不能進(jìn)行截取柱頭的操作，老化前最好通過鑷子或者細(xì)鐵絲將柱頭的污染物碎屑取出；必要情況下更換柱頭的鐵絲網(wǎng)或者石英棉也可。
2.3 正確進(jìn)行色譜柱的安裝
由于色譜柱老化后一般會(huì)直接進(jìn)行樣品分析，所以老化時(shí)請正確安裝色譜柱（填充柱或者毛細(xì)管色譜柱）。對于各個(gè)廠家的儀器，毛細(xì)柱的安裝長度都是有嚴(yán)格要求的，一方面，毛細(xì)柱安裝長度的改變，將影響氣相色譜分析的重復(fù)性；另外一方面，毛細(xì)柱安裝位置不正確，會(huì)導(dǎo)致靈敏度嚴(yán)重下降，甚至于待檢物質(zhì)不出峰。同時(shí)，毛細(xì)管色譜柱的安裝力度也應(yīng)當(dāng)符合要求，避免柱螺帽擰的過緊致使色譜柱斷裂，導(dǎo)致老化時(shí)色譜柱中無載氣，造成色譜柱的不可逆熱損壞。
因此，安裝完畢、老化之前，應(yīng)當(dāng)及時(shí)檢漏，最好將色譜柱尾端置于酒精中觀察是否有氣泡，用以檢查色譜柱中間是否斷裂、安裝是否牢固等
除此之外，如果是老化毛細(xì)管色譜柱，請將色譜柱正確固定在色譜柱支架上，不要將色譜柱或者色譜柱尾端隨意放置于柱箱內(nèi)部。高溫老化及升降溫過程中，柱溫箱內(nèi)壁溫度和柱溫箱內(nèi)溫度可能存在差異，緊貼內(nèi)壁有可能造成色譜柱固定相損壞。
2.4 確定老化色譜柱時(shí)是否連接檢測器
從避免污染的角度來說，色譜柱進(jìn)行老化的時(shí)候，最好不要連接檢測器。如果不連接檢測器，通用的操作是將檢測器下端使用死堵（或者實(shí)心壓環(huán)、或者穿入實(shí)心鐵絲的常規(guī)石墨壓環(huán)）堵死，并關(guān)閉溫度。細(xì)節(jié)上而言，如果是FID檢測器，不用點(diǎn)火，也不用開氫氣和空氣；如果是ECD檢測器，請?jiān)O(shè)定尾吹氣，保證柱溫箱高溫時(shí)，即使傳導(dǎo)熱量和溫度給ECD，也能保證ECD內(nèi)部放射源的安全。特別強(qiáng)調(diào)的是，不要使用氫氣老化色譜柱，以免氫氣在柱溫箱內(nèi)部聚集，可能會(huì)有爆炸危險(xiǎn)。
如果色譜柱進(jìn)行老化的時(shí)候連接檢測器，請正常打開和使用檢測器，檢測器溫度至少不低于色譜柱老化的最高溫度，能高20℃左右最好。如FID可以點(diǎn)火監(jiān)控基線等。
2.5 識別色譜柱最高使用溫度與老化溫度
識別色譜柱的最高使用溫度的目的是用來確定色譜柱老化的溫度。色譜柱老化時(shí)候能夠設(shè)定的最高溫度，不能超過色譜柱的耐受溫度，也就是最高使用溫度。填充柱標(biāo)牌上會(huì)標(biāo)注其使用的最高溫度；毛細(xì)柱標(biāo)牌上信息較多，但是也可以獲取該色譜柱的最高使用溫度
色譜柱的老化溫度一般來講是要比其最高使用溫度（恒溫長期使用溫度）低（20-30）℃，也就是說上圖其最高使用溫度為325℃，老化時(shí)其溫度可以設(shè)定為300℃。除此之外，也有另外的確定色譜柱老化的溫度方法，即比常規(guī)分析最高使用溫度高（20-30）℃，比如常規(guī)的使用溫度從來不超過200℃，可以設(shè)置老化溫度為230℃。
當(dāng)然，最重要的是，色譜柱的老化溫度不能超過色譜柱的最高使用溫度；另外，不同的柱子耐受溫度/最高使用溫度有很大差別，極性強(qiáng)、膜厚大的柱子通常耐受溫度比較低。因此，應(yīng)該為不同的色譜柱選取不同的老化溫度。
3 色譜柱的老化方法
在完成氣源與氣體凈化裝置的檢查、進(jìn)樣口的維護(hù)、正確安裝色譜柱以及確定了色譜柱的老化溫度之后，可以開始色譜柱的老化。
3.1 預(yù)老化
預(yù)老化的意思是：將色譜柱流量設(shè)置為正常工作值，并將儀器進(jìn)樣口、柱溫箱及檢測器如果老化時(shí)色譜柱接在了檢測器上溫度設(shè)置為35℃或者關(guān)閉儀器溫度控制，在室溫的條件下讓載氣流穿過色譜柱15到30分鐘以清除儀器系統(tǒng)內(nèi)部和色譜柱內(nèi)部的空氣。
3.2 色譜柱的老化
預(yù)老化結(jié)束后，不改變色譜柱流量設(shè)置情況下，按照以下步驟進(jìn)行：
?。?）進(jìn)樣口溫度設(shè)置為35℃；
?。?）檢測器端設(shè)置根據(jù)是否連接了色譜柱，請按照本文2.4的操作進(jìn)行；
?。?）為柱溫箱設(shè)置溫度程序，并運(yùn)行；溫度程序?yàn)椋撼跏紲囟?5℃，5℃/min,升溫至老化溫度，保持30min或者更長時(shí)間，一般不超過2小時(shí)。
（4）正確安裝毛細(xì)管柱于進(jìn)樣口端和檢測器端，調(diào)用正常的分析方法，運(yùn)行空白或者程序升溫空白，檢測老化效果。
（5）關(guān)閉儀器或者進(jìn)行樣品分析。
關(guān)于以上步驟的解釋：
（1）按照本文第二節(jié)的操作，老化之前會(huì)對進(jìn)樣口進(jìn)行維護(hù)，因此進(jìn)樣口溫度的設(shè)定也可以是日常分析時(shí)的溫度；但多數(shù)情況下，進(jìn)行老化操作可能會(huì)忽略對進(jìn)樣口的維護(hù)，因此建議使用較低的進(jìn)樣口溫度，并且加大分流流量，降低進(jìn)樣口污染物在老化時(shí)污染色譜柱的可能。
?。?）由于高溫時(shí)色譜柱流失會(huì)增加，因此盡可能避免高溫、長時(shí)間烘烤色譜柱。根據(jù)對色譜柱老化結(jié)果的判斷，老化溫度及在老化溫度的保留時(shí)間長度可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。
