步入分析化学的踟蹰岁月（8）—— 举办第一届气相色谱培训班

牛牛0322

2017/04/19

私聊

气相色谱（GC）

圆颅方趾同是人，身受父母应感恩。
愚钝睿智难遂愿，自古补拙莫如勤。
日新月异科技新，推陈出新世人心。
磨礲浸灌学色谱，甘作园丁为后人。

气相色谱热
上世纪70年代中期，中国经过几年的文革困扰之后，生产、教育、文化百废待兴，在分析化学领域学习、利用气相色谱的热度不断升高，国内也有几家生产气相色谱仪的厂家提供中低挡气相色谱仪，市场上也可以买到一些气相色谱必须的试剂，提供了开展气相色谱应用和研究的基本条件，所以除去石油、石化行业领先使用气相色谱仪之外，其他化学、化工及相关领域也都争相使用气相色谱技术。
在此背景下，各地兴起了学习气相色谱，开办气相色谱培训班的热潮。我们也就在此时（1974年）受命为当时部属化工厂办第一届气相色谱培训班。学校组织了一个气相色谱培训班的教师队伍，包括物理、化学、电工等方面的教师，我的任务是开出“气相色谱”课，由于学员都来自各个化工厂理化室的分析员，他们的文化基础一般是中学或高中水平，要给他们补习气相色谱所需的化学和物理基础知识，所以要上一些普通物理、有机化学、物理化学、电工常识之类的课。
在这段时间，白天上班时间要带两个73届的“工农兵学员”，学习气相色谱，他们有几天到北京化工厂分析实验室实习，进行气相色谱的实验，有时我给他们讲解气相色谱的基本知识，带他们实习的工人师傅，听说我给他们讲气相色谱知识，要求我到工厂给他们讲课，他们也要听听我讲的气相色谱课，于是我就开启了讲解“气相色谱”知识的培训工作，几十年来在不同地点、不同场合、不同名义的培训班或学校里正规的学位课，讲了一生的“气相色谱”。
上世纪70年代，虽然出现气相色谱已经过了20多年，但在国内气相色谱还算是新鲜玩意儿，气相色谱在各个领域的应用刚刚兴起，所以我在北京化工厂给我的学生讲了气相色谱课之后，北京化工局就请我给化工局属下工厂的分析人员讲气相色谱课，这样我就为给我们培训班讲课积累了经验。
开班培训班前的学术调研
气相色谱培训班的计划里要求要结合实际，拟定了一个用气相色谱分析火药中凡士林含量方法研究的课题，为此由学校和主办工厂组成一个调研小组，学校出两个人，我和朱鹤孙老师（后来出任两届北京理工大学校长），工厂是山西兴安化学材料厂出二人，兴安厂理化室的技术员行步银和查清芳。
调研的第一站是济南市山东化工研究所，当时孙传经先生在所里作气相色谱研究，老一些的色谱工作者都知道孙传经先生是有名的色谱学家（他写的“气相色谱原理与技术”1979，是那一代学习气相色谱的必读课本）。我们在山东化工研究所看了他们的设备，听了孙先生的介绍，也和他探讨了用气相色谱分析火药中凡士林的问题。

第二站我们走访了胜利油田的色谱实验室，和他们探讨了用气相色谱分析系列正构烷烃的方法（因为凡士林主要含有正构烷烃），因为分析一系列正构烷烃要使用程序升温技术，可当时国产气相色谱仪的程序升温部件不过关，胜利油田的科技人员向我们介绍了土法程序升温的技术。现在年轻的色谱人员一定会说：气相色谱仪的程序升温有什么困难？可在40年前的国产气相色谱仪就是没有好好解决了这一问题。
在胜利油田访问收获不小，我们还在他们实验室做了凡士林的气相色谱分析。当晚还住在他们的招待所，吃了猪油炒白菜和馒头，很惬意。招待所取暖居然是用明火天然气炉，点起来火焰有一米多高，几分钟室内就温暖如春了。
第三站去了茂名，访问茂名石化公司，坐火车长途跋涉，到了茂名火车站，一下车一股石油城特有的气味扑面而来，这种气味无处不在，慨叹石油城的人们都生活在这样的气氛里，那是40年前，现在一定会不一样了。在茂名逗留了一天，收获多多。这样就结束了我们的调研工作。工厂的二位同志漂洋过海去海南岛访亲会友去了，我和朱鹤孙老师打道回府，路过桂林也无暇浏览哪里的美景，直接回学校准备培训班的教学工作了。

第一届气相色谱培开班
1974年9月我们的第一届气相色谱培训班开班，我们工业部部属化工厂理化分析人员50多人参加培训，学员年龄、工作经验、文化水平各有不同，就低不就高，课程方面，安排讲解和气相色谱相关的基本理化知识，设有普通物理、有机化学、物理化学、电工学、气相色谱原理、气相色谱仪原理和部件。一边上课一边到温泉北京分析仪器厂实习并上气相色谱仪课。
我没有参与这一段的教学工作，而是准备我的气相色谱课，特别是把气相色谱用于火药分析的文献查阅，在国外文献上查到十多篇气相色谱分析的资料，同时也做了一些实验验证性的实验，这样大大充实了我的讲课内容。这次的一些实验性研究和之后的进一步研究在《化学通报》上发表了，让更多人分享，也奠定了我们进一步研究气相色谱固定相的基础。

到工厂接地气办气相色谱培训班
1975年2月我们转移到山西兴安化学材料厂，在工厂结合实际办培训班。上午讲课，主要讲“气相色谱”、“有机化学”、“物理化学”课。气相色谱由我来讲，有机化学是毕业于西南联大的王凡（他原名文波，到解放区后用名）老师讲，王老师是湖南人，普通话夹杂着湖南音，在有机化学中的 “甲基”、“乙基”、“羧基”，他老先生讲起来颇似“家鸡”、“野鸡”和“烧鸡”，所以课下同学们引以为笑谈，王老师也不在意呵呵一笑了之。
物理化学由朱鹤孙老师讲，因为朱老师是研究化学工程的（50年代他在浙江大学师从朱葆龄先生），自然将物理化学基础知识讲得深入浅出，得心应手。我们三人住在兴安化学材料厂招待所的一间小屋里，持续了5个月，他们二人讲完课之后提前回校了，我坚持到最后把学生送走。
在上世纪70年代物质条件不像现在，我们每天要吃高粱面的钢丝面或高粱面的发糕，高粱面的发糕还好吃，可高粱面的钢丝面很劲道，很难消化，饭后胃酸泛滥。山西吃的菜很有意思，不管什么菜，白菜、萝卜、西红柿等一锅烩，吃起来五味俱全。主食当时我们没有办法，只能客随主便。
我们几个在副食方面自己弄些喜欢的副食，比如买了山西的洋白菜在开水里焯一下，加些酱油、醋和一点香油（是王老师从北京带来的），或者在街上买些山西特有的黑色豆腐干，用酱油、醋和香油伴一下，很好吃，这也是我这一段有情趣的生活。40多年过去了，王凡老师前几年过世了，朱鹤孙老师去年也仙逝了。回忆起这一段有意义的生活，颇有魂牵梦绕之感。
难忘的气相色谱实践
我们的课程安排是上午上课，下午到理化室作实验研究，当时配合生产已经用气相色谱法了，用气相色谱分析火药生产中的三硝酸甘油酯（俗称硝化甘油NG）、2,6-二硝基甲苯、2,4-二硝基甲苯，中定剂和邻苯二甲酸二丁酯（DNP）。这个方法是工厂分析人员自己开发出来的，文献中没有类似的报道，很有特点，我们就把这一方法深度剖析，研究方法所使用各个参数，并改变各种参数进行试验，考查分析结果，验证和深化讲课中的色谱理论。
比如这一方法使用SE-30（二甲基聚硅氧烷）作固定相，我们就让学员试验用其他固定相会有什么现象，同时考查各个组分在不同固定相、不同色谱条件下有什么现象出现。比如硝化甘油这一化合物很特别，通过文献了解它的物化性能和它的色谱行为挂钩，硝化甘油是一个热不稳定性物质，它在130℃开始分解，200℃以下分解速度比较慢，200℃以上分解加剧，所以气化室温度定为200℃，但是为什么不把气化室温度定得再低一些呢？这是因为要照顾沸点为340℃的DNP，气化室低于200℃DNP就会出馒头峰。
在研究载气流速的影响时，这一方法中载气流速定的很高，一则让NG在色谱柱中停留时间要短一些（11s），另外流速快让DNP快些流出色谱柱，让它的峰型窄一些有利于峰高定量，所以通过这一典型方法的研究实验，让学生对气相色谱条件有了实际的体验，对色谱理论得到具体化的理解。
天道酬勤，人定胜天
上世纪70年代国内生产的气相色谱仪属中低档产品，比如上面我们说的分析火药中几个成分所用的仪器，是北京分析仪器厂生产的SP 2004 A型气相色谱仪，只有一个热导检测器，用热金属块加热，平衡很慢，大约要3个小时，因为工厂是三班倒，仪器不停产。
这一型号的仪器原本是为石化厂测定聚合物水分设计的仪器，按测定水分的要求减少水分在色谱柱中的吸附，柱子是经过抛光处理的，所以也适合于含有极性很强NG的分析，当时工厂就是使用这样的仪器进行样品中高达40%含量NG成分的高精度测定（0.3%），这就要充分发挥人的智慧和勤学苦练的精神，因为没有自动进样器，手动进样就要三针进样保持高度一致。分析员经过一个月的艰苦培训才可以达到要求（后来他们买了日本岛津的gc 9A 气相色谱仪，使用自动进样器，就可以降低对分析人员的要求了）。
被培训分析员由于掌握了气相色谱的理论知识，对气相色谱的条件设定有了深入的理解，在操作中就注意对条件的变动会对分析结果有多大的影响，比如热导检测器对载气流速十分敏感，这是因为流速快慢影响热导池内热的平衡，影响热丝的温度，也就影响热丝的电阻，最后影响信号的大小，所以他们十分注意载气流速的稳定。
在工作中有一个故事：由于载气使用氢气，要把从热导池流出来的载气排放到室外，所以有一根长长的橡皮管连接热导池出口到窗外，由于长时间使用在夏天小虫子在管中搭了窝，小虫子在管中蠕动影响了排出气体的稳定，因而影响了热导池信号的稳定，导致测定数据的失常，从而影响了生产，经过一段时间查找原因才发现是由于上述原因引起结果的不稳定。这一实例十分鲜活地说明气相色谱载气流速对结果的影响。
开启气相色谱方法的研究
在这半年的培训工作中，还进行新方法的探索研究：用气相色谱分析火药中的凡士林，在火药中凡士林含量很低，不到百分之一，原来的方法是用重量法，很繁琐也不怎么准确，如能用色谱方法分析就简单了，但是凡士林是一个烷烃的混合物，如下图是我们在胜利油田所做的凡士林气相色谱图。

在学员们的实验研究中，我们探索了测试火药中凡士林的方法，改变各种实验条件，尽管最后没有成功，但是对培养学员的过程却也起到了很好地作用。
在1975年5月底我们胜利地完成了这一届气相色谱的培训，培养了一批在生产一线从事气相色谱的分析人员。
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