色谱柱PLOT柱的发展及简介

傅若农教授生于1930年，1953年毕业于北京大学化学系，而后一直在北京理工大学(原北京工业学院)从事教学与科研工作。1958年，傅若农教授开始带领学生初步进入吸附柱色谱和气相色谱的探索;1966到1976年文化大革命的后期，傅若农教授在干校劳动的间隙，系统地阅读并翻译了两本气相色谱启蒙书，从此进入其后半生一直从事的事业——色谱研究。傅若农教授是我国老一辈色谱研究专家，见证了我国气相色谱研究的发展，为我国培养了众多色谱研究人才。此次仪器信息网特邀傅若农教授亲述气相色谱技术发展历史及趋势，以飨读者。

第一讲：傅若农讲述气相色谱技术发展历史及趋势

第二讲：傅若农：从三家公司GC产品更迭看气相技术发展

第三讲：傅若农：从国产气相产品看国气相发展脉络及现状

第四讲：傅若农：气相色谱固定液的前世今生

第五讲：傅若农：气-固色谱的魅力

看看下面这图1，1 min 多一点时间就把苯到二甲苯几个难分离的混合物分开了，而且把间位和对位二甲苯也给分开了，遗憾的是间位和邻位二甲苯没有分开，当然只用了15 m 长的毛细管色谱柱，这种色谱柱叫做PLOT柱，这是半个世纪前在英国“自然”杂志(Nature)上一篇简短论文上报道的(Halasz I,Horvath C,Nature,1963,197:71-72)。这一工作是最早使用墨化炭黑作固定相PLOT柱完成的，这一实例对想利用气相色谱用于油和化工业分析的人员来说有很大的诱惑力，为什么?这是因为色谱柱短、固定相耐温性好、无流失、分析时间短，可以把在气相色谱中最难分离的间、对二甲苯基线分离。

再看看图2，这是最近师大的袁黎明研究组把手性向列结构的介材料制备成PLOT柱分离手性化合物，这样的PLOT柱，柱高温、分辨率高、可作手性分离，扩展了PLOT柱的应用围。在新的应用领域又体现了它的诱惑力。

图1 墨化炭黑作固定相PLOT柱分离苯、甲苯、乙苯和二甲苯

色谱柱：15 m x 0.25mm,5.4mg 墨化炭黑/m,柱温：245 ℃,

分流比：1：1050，进样：0.2μL

图2 手性相列消旋硅胶PLOT柱分离手性化合物

(Anal Chem,2014,86:9595)

1、什么是PLOT柱

PLOT柱是多层开管柱(Porous Layer open tubular column)的缩写，早在上世纪50年代末毛细管色谱柱的发明人Golay就指出：如果把光滑的毛细管壁变成均匀多的细颗粒，就会大大有利于毛细管柱的效能(M J R Golay,Gas Chromatography 1957)，他在1960年又进一步详细阐述了这一法，这种多层毛细管色谱柱可以降低相比率，同时又使固定液液膜比较薄，有利于传质阻力提高柱效，在具有多层毛细管壁上涂渍一层可以增加壁的表面积，多层物质可以用化学法处理，也可以用颗粒悬浮物沉积到管壁上，于是早期的气相色谱开拓者们就循这一思路研发，1962-1963年Horvâth等开发了这一类型的毛细管多层色谱柱。

大家知道Csaba Horvâth (1930-2004)是液相色谱的开拓者之一，他是匈牙利人，上世纪50年代在匈牙利受到化学工程面的高等教育，1962-1963年间在德国法兰克福大学(美音河畔的法兰克福)Halâsz的实验室攻读博士期间，研究了无机色谱固定相，使用Golay 的静态涂渍技术制备出多层气-液色谱柱(在氧化铁颗粒上涂渍聚乙二醇)，这种色谱柱叫做载体涂渍开管柱(support-coated open-tubular ，SCOT)，属于多层开管柱(PLOT)的一种，同时也制备了吸附型气-固色谱柱(见上图1)(Nature,1963,197:71-72)。

PLOT柱发展早期，很多研究是针对SCOT柱，即把填充柱使用的载体用某种胶粘附在毛细管壁上，然后再在这一载体上涂渍固定液。现在商品PLOT柱则格地限于把多吸附剂以化学或物理法粘附在毛细管壁上，进行气-固色谱，所以有人也把它叫做“吸附固相开管柱”(adsorption solid-phase open-tubular column,ASPOT)。

2、早期的填充毛细管柱到PLOT柱

由于填充气相色谱柱的分离能力有限，致使多复杂的混合物无法分离，尽管开发了多多固定相，但是仍然由于填充柱柱效不高，无法满足实际工作的需要，而壁涂毛细管柱(WCOT)，由于其液膜厚度的限制柱容量小，对低沸点物质保留作用小，对一些永久气体不能分离，而气-固色谱可以分离低沸点物质，但是柱效低对难分离的混合物受到限制，所以出现了填充毛细管气-固色谱柱，1962年Halasz和Heine就制备了氧化铝的填充毛细管柱，他们把一根1mm直径洁净的钢丝穿入直径为2.2mm的玻璃管，在玻璃管和钢丝的空隙中装入吸附剂，把填充好吸附剂的玻璃管水平放在毛细管拉制机上，并小心地把钢丝移除，把

玻璃管拉制成直径为0.3mm的毛细管。在作者的实验中使用的吸附剂是在400℃加热9h 的氧化铝，吸附剂颗粒直径在0.10-0.15mm之间，然后把毛细管在120℃下用氢气吹扫24h，以除去吸附剂吸附的水分。用这种10m长的色谱柱就可以把15个C5的烃类在6min 分离开(Nature,1962,194:971)，见下图3。

图3 填充毛细管气-固色谱柱分离芳烃的色谱

色谱柱：10m 柱温：80℃，色谱柱脱活：用晶体硫酸钠湿润载气

载气：氢气，流速：2.5ml/min , 分流比：1：600，FID 检测器

1—甲烷，2—乙烷，3—乙烯，4—丙烷，5—丙烯，6—乙炔，7—异丁烷，

8—正丁烷，9—丁烯-1，10—反丁烯-2，11—异丁烯，12—顺丁烯-2，

13-异戊烷，14—正戊烷，15—丁二烯(Nature,1962,194:971)

这种填充毛细管柱可能是由于制作麻烦未能普及，而1963年，Kirkland在开管柱中沉积氧化铝，制备了氧化铝PLOT柱(Anal Chem，1963,35(9):1297)，之后，人们把Kirkland 作为PLOT柱得第一发明人。前面我们提到Horvath C同时在1963年制备了墨化炭黑的PLOT柱，因为Horvath C的工作发表在Nature上，可能被人忽视。不过很有意思，后来Kirkland和Horvath二人都成为赫赫有名的液相色谱先驱。由于PLOT柱在多领域实际工作中得到应用，直到现在有大量商品化的PLOT气相色谱柱，得到广泛的应用。

3、现代商品化PLOT柱所使用的固定相和色谱柱类型

按照季振华1999年的综述(J Chromatogr. A, 1999),842:115–142),商品化PLOT柱所使用的吸附剂有：氧化铝、墨化炭黑、分子筛、有机多聚合物等，见下表1。

表1 商品化PLOT柱所使用的吸附剂(固定相)