一种用于表征固体材料物理化学性质的新型分析仪器——反气相色谱（IGC

iGC –介绍 在处理粉末、纤维等固体材料的过程中，了解材料的表面特性参数是非常重要的一个方面。反气相色谱（IGC）是一种气相色谱技术，已经历了40多年的历史，主要用于分析颗粒、纤维等材料的表面及主体特性。IGC技术是一种创新性的技术，可以非常方便地解决固体材料的一些物性分析，如粉末的表面自由能，表面酸碱性、极性功能基、相转变温度以及渗透系数等。然而，到目前为止，绝大部分反气相色谱的研究采用自己改造的设备，分析方法也采用手工或半自动化的方式。由于设备设计的不同，分析方法、样品准备以及实验操作的差异，从而导致了分析结果与文献报道结果的差别，甚至会得到现反的结论， 英国SMS公司于1999年研制出世界上第一台反气相色谱设备－IGC。这种反气相色谱设备为广大的科技工作者带来了方便，从而很好的解决了很多科研工作者遇到的如自动化操作，分析不同湿度条件下的样品等问题。本文将对反气相色谱技术、设备、应用问题进行详细的描述。 IGC – 技术 反气相色谱的原理比较简单，是传统气相色谱的反向过程(Fig. 2)。首先将所要分析的固体样品如粉末、纤维、薄膜等均一性的填充到空的色谱柱中，采用脉冲方法或以恒定浓度的方式（前沿法）将探针分子注射到样品柱中，以一定速率的载气冲洗色谱柱，然后对探针分子在色谱柱中的保留行为进行检测， 通过IGC所直接测量的是探针分子的保留体积VN ，由于保留体积反映了气体探针分子与固体样品相互作用的强度。不同的探针分子与相同的固体样品相互作用是不同的，保留体积也存在差异，通过分析一系列探针分子的保留体积，经过模型分析，可以得到固体的表面自由能、吸附热、相转变温度等一系列物性。[1-3]. IGC – 设备 Fig. 3 是SMS公司IGC的结构示意图。IGC由流速控制单元、探针气体箱、色谱柱箱和电脑系统组成。设备采用创新性的设计，在一个实验中可以采用十种不同的探针分子，同时可以设定广泛的温度和湿度条件。单独的色谱柱箱可以设定不同的温度。分析方法可选用脉冲法和前沿法，检测器选用热导检测器(TCD)和火焰离子检测器(FID)，同时还可以与质谱相连。SMS还研制出粉末样品填充系统，保证了填充的重现性并节省了实验时间。 I GC – 微晶纤维素表面自由能的色散部分 – 湿度的影响 样品在加工过程中，由于受流动性以及与其它粉末混合性的影响，粉末样品的表面自由能会存在差异。传统测量表面自由能的方法采用测量润湿角的方法。受粉末流动性的影响，传统方法测量比较困难，采用反气相色谱技术测量粉末的表面自由能相对比较简单，同时可以测定不同湿度条件下的表面自由能。 为了测量固体的表面自由能，采用脉冲法注射一系列不同的探针分子，对于表面自由能的色散部分(gD)，所选用的探针分子为一系列的烷烃，见图4－a。根据探针分子液体状态下的表面张力，和实验所得的保留体积或保留时间数据，可以很方便计算固体的表面自由能。图4－b是采用一系列烷烃分子，在300K，相对湿度为0%RH and 70%RH的条件下，分析的微晶纤维素的实验结果。结果显示在不同的湿度条件下，粉末样品显示不同的流动性和混合性。 采用酸、碱性探针分子可以分析表面相互作用参数。极性分子与非极性分子的这种差别与极性分子自由吸附焓相对应。 IGC – 麦芽糖的玻璃化温度 由于湿度对高分子链的影响，很多高分子物质在玻璃化温度时表现出不同的形态。目前测量相转变温度的方法有DSC、DMTA等，同样IGC也提供了在不同湿度条件下、测量玻璃化温度的方法。 首先测量在不同的温度下的一系列保留体积数据，然后作保留行为与1/T的关系曲线，如果没有相转变时，由这条曲线可以得到吸附热，如果发生相转变，曲线中存在明显的拐点，由此得到样品的玻璃化转变温度。图5 是a－乳糖单水化合物在0%RH条件下的玻璃化转变曲线，其中选用癸烷作探针分子。在这个示例中，曲线存在最低点，正是玻璃化转变的温度，此数值与文献报道的一致。表1是在不同的湿度条件下，的玻璃化转变温度： IGC – 测量吸附等温线 通过IGC可以获得气体在物质表面的吸附或解析量。 保留体积VN 与吸附或解析量有直接的关系。图6采用IGC测量的铝的等温线与静态体积测量设备所得结果的比较。结果显示IGC在低浓度时具有很高的灵敏性，在高浓度时同样可以测量等温线.