Origin軟件在凝膠色譜數(shù)據(jù)處理中的應用

戴晨偉， 郝建文

(安徽職業(yè)技術學院 環(huán)境與化工學院，合肥 230011)

0 引 言

凝膠滲透色譜(GPC)是測定高聚物分子量及其分布的一個突破，通過GPC得到的譜圖也是比較寬的連續(xù)的線，可以根據(jù)這個譜圖求得各種平均相對分子質(zhì)量及相對分子質(zhì)量的積分和微分分布曲線[1、2]。 因此，GPC儀必須配置專業(yè)的工作站進行數(shù)據(jù)處理，在沒有專用工作站的情況下，也可以自行編寫計算機程序?qū)ψV圖數(shù)據(jù)進行處理，但需要專業(yè)的計算機編程知識[3、4]。Origin軟件是美國OriginLab公司開發(fā)的圖形可視化和數(shù)據(jù)分析軟件，是一款科研人員和工程師常用的高級數(shù)據(jù)分析和制圖工具，在實驗數(shù)據(jù)處理中已有應用報道[5-12]。本文利用Origin8.0軟件對GPC數(shù)據(jù)進行處理，得到高聚物的重均和數(shù)均相對分子質(zhì)量及相對分子質(zhì)量積分和微分分布曲線，此法一方面適合沒有專業(yè)編程知識的化學工作者使用，另外無需購置額外的GPC數(shù)據(jù)專用工作站，降低了使用成本。

1 數(shù)據(jù)處理原理

實驗基于相對分子質(zhì)量M的對數(shù)值與淋出體積Ve之間的線性關系，即lgM=A-BVe[13]，通過分析窄分布聚合物標準樣品，得到一組相對分子質(zhì)量與淋出體積對應的數(shù)據(jù)，從而對凝膠色譜系統(tǒng)進行標定。對于樣品的測試譜圖，需進行條法計算，即將GPC譜圖橫坐標Ve以相等的間隔ΔVe分隔成很多離散點，并讀取每個離散點Vei所對應的信號高度DRi，然后計算各種相對分子質(zhì)量統(tǒng)計平均值。相對分子質(zhì)量的微分分布可直接采用GPC譜圖F(V)，積分分布可對各切片進行梯形積分方式得到[ 1,2,13-16]。

2 數(shù)據(jù)處理過程

2.1 凝膠色譜系統(tǒng)的標定

將窄分布聚苯乙烯標準樣品色譜數(shù)據(jù)導入新建的Origin工作表中，添加一新列，選中此列，并在Column菜單中選擇set column values命令，對相對分子質(zhì)量一列求對數(shù)值，此新列為lgM，并導入混合標樣數(shù)據(jù)，得到圖1中的工作表，注意表中各列數(shù)據(jù)的坐標類型。

圖1 混合標樣數(shù)據(jù)

選定圖1中A、C、D、E、F列，其中以Ve為x軸，lgM為y軸，標樣Ve為x軸，混標1號和2號的信號高度為y軸，點擊Plot菜單，選擇Multi-Curve中Double-Y命令，對圖1中數(shù)據(jù)進行雙坐標作圖，雙擊圖中7個標樣對應點，彈出Plot Detals窗口，在Plot Type中，選擇scatter，單擊OK，己再點擊Analysis菜單，選擇Fitting中fit linear，打開線性擬合對話框，在Recalculate選項中選擇Auto，對數(shù)據(jù)進行一次線性擬合，結果如圖2所示。

圖2 混合標樣色譜圖及凝膠色譜系統(tǒng)擬合曲線

2.2 樣品譜圖基線的修正

對存在基線漂移的待測聚苯乙烯凝膠色譜圖，必須先進行基線扣除，使色譜峰的起始端和結束端的信號強度為零，具體做法是，利用儀器配套LC solutions工作站將凝膠色譜數(shù)據(jù)以ASCⅡ碼形式導出txt文件格式色譜圖數(shù)據(jù)，再將該數(shù)據(jù)導入Origin工作表中，以信號強度為y坐標繪出色譜圖，點擊Anaysis菜單中Spectroscopy下的Baseline and Peaks里的Open Dialog…命令，彈出基線和峰向?qū)?，在method中，選擇Use Rectangles方式，點擊Next按鈕，在色譜圖中顯示一可活動矩形方框，拉動方框，使待測峰完全在框內(nèi)，單擊Next按鈕，直到扣除系統(tǒng)基線并顯示峰信息，最后單擊Finish按鈕。原始譜圖、基線、扣除基線后譜圖的對比如圖3所示。

圖3 測試樣品基線扣除

2.3 樣品譜圖切片處理及相對分子質(zhì)量計算

從新生成的扣除基線后的色譜圖數(shù)據(jù)中根據(jù)色譜圖拐點選擇待測樣品峰數(shù)據(jù)黏貼于一新建工作表中，分別為A、B列。值得注意的是，此處信號強度應乘以1 000并舍棄信號小數(shù)部分，數(shù)據(jù)總列數(shù)為奇數(shù)，以便于后續(xù)條法求相對分子質(zhì)量及其分布之用，如總數(shù)列為偶數(shù)，可于最后一行補零處理，且峰開始和終止處信號強度應為0。在此工作表中添加列C，并利用菜單中Column 下Fill Column with中的Row Numbers命令填充自然數(shù)列，結果見圖4。該工作表中相鄰兩行數(shù)據(jù)的時間間隔ΔVe為0.008 33 min，可據(jù)此將色譜圖劃分為2倍ΔVe即0.016 66 min的時間切片，對每一個切片從中心點取一垂直于保留時間軸的直線，以交點確定檢測器信號響應強度，該中心點相應x、y值可通過對圖4中數(shù)據(jù)進行間隔取點得到，具體做法是：在填充了自然數(shù)列的工作表中，點擊菜單中Worksheet下Extract Worksheet Data，彈出對話框，選擇新添加的自然數(shù)列，并在if對話框中填入“mod(col(C),2)==0”點擊OK按鈕，即生成填充了間隔一個數(shù)據(jù)點后的一新工作表，結果見圖5。將圖5中工作表中數(shù)據(jù)A，B列以菜單Plot下Columns/Bars中Column命令作圖，即得到樣品相對分子質(zhì)量切片圖，對其進行局部放大，得到圖6。由圖6可見條法分割的色譜圖，其每個切片面積為DRi×ΔVe，每個切片中ΔVe恒定且都等于0.016 7 min，DRi為各切片區(qū)域的信號強度，其在數(shù)值上等于色譜圖數(shù)據(jù)間隔取點得到的一組新的數(shù)據(jù)的y坐標值。根據(jù)相對分子質(zhì)量-時間的擬合方程可將每個切片對應的相對分子質(zhì)量Mi計算出來，有了以上數(shù)據(jù)，就可以根據(jù)下式計算各種平均相對分子質(zhì)量[1、2]:

圖4 測試樣品數(shù)據(jù)

2.4 樣品相對分子質(zhì)量微分及積分分布曲線的繪制

對凝膠色譜數(shù)據(jù)進行處理方法有兩種，分別是以譜圖高度歸一化的離散型歸一化法和以面積歸一化的連續(xù)型歸一化法。離散型歸一化法在計算各種相對分子質(zhì)量平均值時較為方便，但受離散點的數(shù)量和位置影響，往往兩個不同譜圖不能做比較，而面積歸一化法得到的譜圖高度與離散點的多少無關，適合比較譜圖[1]。

圖5 測試樣品數(shù)據(jù)間隔取點

圖6 測試樣品相對分子質(zhì)量切片圖

利用累積切片面積比例Wi對lgMi作圖即可得到累積重量分數(shù)相對分子質(zhì)量分布曲線?？梢岳肙rigin 8數(shù)學運算中的積分功能實現(xiàn)這一操作，具體做法是以切片的相對分子質(zhì)量對數(shù)lgM為x軸，切片的信號強度為y軸，得到相對分子質(zhì)量的分布曲線，點擊Anaysis菜單中Mathematics下的Integrate里的Open Dialog…命令，彈出積分向?qū)В贏rea Type中，選擇Absolute Area，點擊OK按鈕，在原數(shù)據(jù)表格中即出現(xiàn)積分列，調(diào)整其最大值為100，以切片的相對分子質(zhì)量對數(shù)lgM為x軸，切片的信號強度為y軸，積分值為y軸，點擊Plot菜單中Multi-Curve下的Double-Y，采用雙y軸坐標作圖，得到圖7的相對分子質(zhì)量微分分布曲線和累積重量分數(shù)相對分子質(zhì)量分布曲線。在較低版本的Origin軟件中，則需計算切片面積，并進行累加，才可以得到累積重量分數(shù)相對分子質(zhì)量分布曲線。

3 結 語

(1) 依靠Origin強大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠通過簡單的操作得到聚合物樣品的各種相對分子質(zhì)量及其微分和積分分布曲線。

(2) 所建立的樣品相對分子質(zhì)量及其微分和積分分布曲線Origin處理過程合理，借助其得到的數(shù)據(jù)與專業(yè)工作站處理的結果近似。

圖7 測試樣品相對分子質(zhì)量微分分布曲線和累積重量分數(shù)相對分子質(zhì)量分布曲線

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