Origin软件在凝胶色谱数据处理中的应用

戴晨伟， 郝建文

(安徽职业技术学院 环境与化工学院，合肥 230011)

0 引 言

凝胶渗透色谱(GPC)是测定高聚物分子量及其分布的一个突破，通过GPC得到的谱图也是比较宽的连续的线，可以根据这个谱图求得各种平均相对分子质量及相对分子质量的积分和微分分布曲线[1、2]。 因此，GPC仪必须配置专业的工作站进行数据处理，在没有专用工作站的情况下，也可以自行编写计算机程序对谱图数据进行处理，但需要专业的计算机编程知识[3、4]。Origin软件是美国OriginLab公司开发的图形可视化和数据分析软件，是一款科研人员和工程师常用的高级数据分析和制图工具，在实验数据处理中已有应用报道[5-12]。本文利用Origin8.0软件对GPC数据进行处理，得到高聚物的重均和数均相对分子质量及相对分子质量积分和微分分布曲线，此法一方面适合没有专业编程知识的化学工作者使用，另外无需购置额外的GPC数据专用工作站，降低了使用成本。

1 数据处理原理

实验基于相对分子质量M的对数值与淋出体积Ve之间的线性关系，即lgM=A-BVe[13]，通过分析窄分布聚合物标准样品，得到一组相对分子质量与淋出体积对应的数据，从而对凝胶色谱系统进行标定。对于样品的测试谱图，需进行条法计算，即将GPC谱图横坐标Ve以相等的间隔ΔVe分隔成很多离散点，并读取每个离散点Vei所对应的信号高度DRi，然后计算各种相对分子质量统计平均值。相对分子质量的微分分布可直接采用GPC谱图F(V)，积分分布可对各切片进行梯形积分方式得到[ 1,2,13-16]。

2 数据处理过程

2.1 凝胶色谱系统的标定

将窄分布聚苯乙烯标准样品色谱数据导入新建的Origin工作表中，添加一新列，选中此列，并在Column菜单中选择set column values命令，对相对分子质量一列求对数值，此新列为lgM，并导入混合标样数据，得到图1中的工作表，注意表中各列数据的坐标类型。

图1 混合标样数据

选定图1中A、C、D、E、F列，其中以Ve为x轴，lgM为y轴，标样Ve为x轴，混标1号和2号的信号高度为y轴，点击Plot菜单，选择Multi-Curve中Double-Y命令，对图1中数据进行双坐标作图，双击图中7个标样对应点，弹出Plot Detals窗口，在Plot Type中，选择scatter，单击OK，己再点击Analysis菜单，选择Fitting中fit linear，打开线性拟合对话框，在Recalculate选项中选择Auto，对数据进行一次线性拟合，结果如图2所示。

图2 混合标样色谱图及凝胶色谱系统拟合曲线

2.2 样品谱图基线的修正

对存在基线漂移的待测聚苯乙烯凝胶色谱图，必须先进行基线扣除，使色谱峰的起始端和结束端的信号强度为零，具体做法是，利用仪器配套LC solutions工作站将凝胶色谱数据以ASCⅡ码形式导出txt文件格式色谱图数据，再将该数据导入Origin工作表中，以信号强度为y坐标绘出色谱图，点击Anaysis菜单中Spectroscopy下的Baseline and Peaks里的Open Dialog…命令，弹出基线和峰向导，在method中，选择Use Rectangles方式，点击Next按钮，在色谱图中显示一可活动矩形方框，拉动方框，使待测峰完全在框内，单击Next按钮，直到扣除系统基线并显示峰信息，最后单击Finish按钮。原始谱图、基线、扣除基线后谱图的对比如图3所示。

图3 测试样品基线扣除

2.3 样品谱图切片处理及相对分子质量计算

从新生成的扣除基线后的色谱图数据中根据色谱图拐点选择待测样品峰数据黏贴于一新建工作表中，分别为A、B列。值得注意的是，此处信号强度应乘以1 000并舍弃信号小数部分，数据总列数为奇数，以便于后续条法求相对分子质量及其分布之用，如总数列为偶数，可于最后一行补零处理，且峰开始和终止处信号强度应为0。在此工作表中添加列C，并利用菜单中Column 下Fill Column with中的Row Numbers命令填充自然数列，结果见图4。该工作表中相邻两行数据的时间间隔ΔVe为0.008 33 min，可据此将色谱图划分为2倍ΔVe即0.016 66 min的时间切片，对每一个切片从中心点取一垂直于保留时间轴的直线，以交点确定检测器信号响应强度，该中心点相应x、y值可通过对图4中数据进行间隔取点得到，具体做法是：在填充了自然数列的工作表中，点击菜单中Worksheet下Extract Worksheet Data，弹出对话框，选择新添加的自然数列，并在if对话框中填入“mod(col(C),2)==0”点击OK按钮，即生成填充了间隔一个数据点后的一新工作表，结果见图5。将图5中工作表中数据A，B列以菜单Plot下Columns/Bars中Column命令作图，即得到样品相对分子质量切片图，对其进行局部放大，得到图6。由图6可见条法分割的色谱图，其每个切片面积为DRi×ΔVe，每个切片中ΔVe恒定且都等于0.016 7 min，DRi为各切片区域的信号强度，其在数值上等于色谱图数据间隔取点得到的一组新的数据的y坐标值。根据相对分子质量-时间的拟合方程可将每个切片对应的相对分子质量Mi计算出来，有了以上数据，就可以根据下式计算各种平均相对分子质量[1、2]:

图4 测试样品数据

2.4 样品相对分子质量微分及积分分布曲线的绘制

对凝胶色谱数据进行处理方法有两种，分别是以谱图高度归一化的离散型归一化法和以面积归一化的连续型归一化法。离散型归一化法在计算各种相对分子质量平均值时较为方便，但受离散点的数量和位置影响，往往两个不同谱图不能做比较，而面积归一化法得到的谱图高度与离散点的多少无关，适合比较谱图[1]。

图5 测试样品数据间隔取点

图6 测试样品相对分子质量切片图

利用累积切片面积比例Wi对lgMi作图即可得到累积重量分数相对分子质量分布曲线。可以利用Origin 8数学运算中的积分功能实现这一操作，具体做法是以切片的相对分子质量对数lgM为x轴，切片的信号强度为y轴，得到相对分子质量的分布曲线，点击Anaysis菜单中Mathematics下的Integrate里的Open Dialog…命令，弹出积分向导，在Area Type中，选择Absolute Area，点击OK按钮，在原数据表格中即出现积分列，调整其最大值为100，以切片的相对分子质量对数lgM为x轴，切片的信号强度为y轴，积分值为y轴，点击Plot菜单中Multi-Curve下的Double-Y，采用双y轴坐标作图，得到图7的相对分子质量微分分布曲线和累积重量分数相对分子质量分布曲线。在较低版本的Origin软件中，则需计算切片面积，并进行累加，才可以得到累积重量分数相对分子质量分布曲线。

3 结 语

(1) 依靠Origin强大的数据处理功能，能够通过简单的操作得到聚合物样品的各种相对分子质量及其微分和积分分布曲线。

(2) 所建立的样品相对分子质量及其微分和积分分布曲线Origin处理过程合理，借助其得到的数据与专业工作站处理的结果近似。

图7 测试样品相对分子质量微分分布曲线和累积重量分数相对分子质量分布曲线

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