毛細管色譜柱是目前氣相色譜中用到zui多的色譜柱，可以說(shuō)是氣相色譜分離的核心，今天就和大家說(shuō)說(shuō)這一根毛細管色譜柱從選用、安裝到保養維護乃至更換的那些事兒?？纯匆桓毠苌V柱的一生都經(jīng)歷了什么，我們如何做能延長(cháng)它的壽命呢？

    分析時(shí)，選擇*的毛細管柱可能是一件非常困難的任務(wù)。雖然沒(méi)有色譜柱選擇的簡(jiǎn)易技巧、捷徑、竅門(mén)或秘訣，但卻有些指南和概念來(lái)簡(jiǎn)化此過(guò)程。

    一根色譜柱的規格描述包括其固定相的種類(lèi)和內外部尺寸（柱內徑、長(cháng)度和膜厚等）。不同規格的色譜柱，對樣品的分離結果影響也不盡相同，如樣品分離的洗脫順序、保留時(shí)間、分離度和峰形/峰高等。另外，在實(shí)際分析應用中，色譜柱的性能指標，如惰性、塔板數和柱流失率等，同樣會(huì )嚴重影響到樣品的分離效果。

毛細管柱的種類(lèi)

    一般將毛細管柱分為四種類(lèi)型：壁涂開(kāi)管柱（WCOT）、載體涂漬開(kāi)管柱（SCOT）、交聯(lián)毛細管柱(CLOT）和多孔層開(kāi)管柱（PLOT）。經(jīng)典的毛細管柱為壁涂開(kāi)管柱(WCOT——WallCoated Open Tubular Column)，管內經(jīng)預處理后將固定液直接涂漬在內壁上。因其制備難、柱子的重復性差、內表面小、涂漬量小和相比β值大，將導致有效塔板數和實(shí)際分離能力不高，且熱穩定性也較差，已很少使用。

   多孔層壁涂柱（PLOT——PorousLayer Open Tubular Column）：內壁上僅涂一層多孔性吸附劑微粒，是毛細管氣固色譜柱。

    載體壁涂柱（SCOT——SupportCoated Open Tubular Column）：內壁上先涂一層載體，載體上再涂固定液。固定液膜可以較厚，柱容量也較大。必須注意，以上兩種柱子中的載體只是涂布于毛細管柱的壁上，而非充滿(mǎn)整根柱子。

    交聯(lián)毛細管柱(CLOT——Cross-LinkedOpen Tubular Column)：涂好固定液后再用偶聯(lián)劑交聯(lián)鍵合，柱子性能有很大改善，能耐高溫，抗水、抗溶劑。

     其中PLOT柱主要用于*氣體和低分子量有機化合物的分離；SCOT柱所用固定液的量大一些，故柱容量大一些，但由于制備技術(shù)復雜，應用也不太普遍。毛細管GC中的主力軍是CLOT，其柱材料大多用熔融石英，即所謂彈性石英柱。

毛細管氣相色譜柱的選擇

a. 固定相的選擇原則和方法

    理論上講，選擇固定相遵循相似性原則，即：用非極性固定相分析非極性物質(zhì)，用極性固定相分析極性物質(zhì)，用含芳香基團的固定相分析芳香族化合物。在填充柱時(shí)代，這個(gè)想法是非常正確的，因為那個(gè)時(shí)候，分離度是首先需要把握的關(guān)鍵因素，分不開(kāi)，就沒(méi)辦法想其它。它的理由在于塔板理論的推論，即：組分在固定相中有越大的溶解度差異，就會(huì )產(chǎn)生越大的分離度。

    但是在毛細管色譜時(shí)代，分離度不再始終是分析的問(wèn)題。毛細管具有幾十萬(wàn)塊塔板，如此大的柱效率，以至于不再需要充分考慮分離問(wèn)題了。這個(gè)時(shí)候，樣品兼容性、使用溫度、穩定性、柱流失情況等，都可能成為選擇的主要理由。

    例如分析甲醇乙醇丙醇等低級醇類(lèi)，正常應選擇wax類(lèi)高極性色譜柱。但是在雜質(zhì)較少的情況下，選擇DB-1這樣的非極性柱具有更高的靈活性和使用壽命。具體選擇

要依據以下規則：

1.因為非極性毛細管柱具有明顯的穩定性、高使用溫度、良好的色譜峰形等有利因素，因此易分離物質(zhì)應首先選用極性小的色譜柱。

2.分析氫鍵型物質(zhì)用氫鍵型PEG柱更佳。

3.輕烴或*氣體用PLOT柱更佳。

4.高苯基固定相對芳香族物質(zhì)保留能力更強。但是分析二甲苯等芳烴異構體，Wax類(lèi)強極性色譜柱。

   在過(guò)去的幾十年中，所有的GC應用中，非極性色譜柱的使用率高于中等極性柱和極性柱。一般來(lái)說(shuō)，非極性柱，如HP-5MS柱，可應用與于50%以上的分析。而極性或中等極性柱，如PEG柱，大概適用于25%的分析應用中。通常，我們會(huì )先選擇非極性色譜柱，而極性色譜柱會(huì )選擇性的用于比較簡(jiǎn)單的樣品（較少種類(lèi)化合物組成的樣品）。

   在選擇適用的固定相時(shí)，分析設備和分析條件也是需要參考的指標。如檢測器的種類(lèi)、載氣和進(jìn)樣體積等。

    如果我們不考慮對樣品選擇性和檢測靈敏度的影響，那么就使用檢測器低響應固定相的色譜柱。比如說(shuō)含氰基的固定相，像1301、1701、624等這樣的色譜柱就盡量不要與NPD（氮磷檢測器）連用。對于超低流失的固定相，如-1MS或-5MS的柱子，因為它們可以保證zui低的檢測基線(xiàn)和噪聲水平，所以在做低或超低檢測限樣品時(shí)，超低流失色譜柱是的選擇。如果我們使用的載氣不純，或是設備中有氣體泄漏，這樣的問(wèn)題無(wú)法解決或無(wú)法及時(shí)解決，為了不使柱固定相過(guò)早的被破壞，高溫適用固定相的色譜柱是相對好的選擇。

    另外，除非方法需要，我們盡量選擇鍵合固定相的色譜柱，對比非鍵合相和非交聯(lián)相色譜柱，交聯(lián)鍵合固定相色譜柱對樣品種類(lèi)和進(jìn)樣體積的耐受力更強，柱性能下降的zui慢。

   在做應用方法確證時(shí)，我們可同時(shí)使用非極性柱和極性柱，對色譜峰鑒定或分離結果進(jìn)行確證。通常我們做農藥分析方法確證時(shí)，選用-5MS和 -1701/-35色譜柱；做殘留溶劑分析方法確證時(shí)，選用-5MS和-624/-VMS色譜柱；做醇類(lèi)或FAME分析方法確證時(shí)，選用PEG和含氰基固定相色譜柱；做汽油中氧化物分析方法確證時(shí)，選用-1和PEG色譜柱。

b. 色譜柱內徑的選擇

   標準色譜柱內徑（ID）尺寸為0.2mm、0.25mm、0.32mm和0.53mm。少數方法會(huì )使用到0.1mm和0.8mm內徑的柱子。0.25mm是zui常用的色譜柱內徑尺寸，而0.53mm的色譜柱通常是替代填充柱用于大體積進(jìn)樣的方法應用。

    色譜柱內徑的大小對分離效果的影響是明顯的。越細的色譜柱，其塔板數就越高，柱效就越高，但同時(shí)樣品承載容量越小，進(jìn)樣體積就需要減少。但內徑越小，通常意味著(zhù)柱容量的減小，在分析低含量組分時(shí)，對檢測器靈敏度和進(jìn)樣口分流能力的要求越高。因此在選擇內徑的時(shí)候，首先考慮的是樣品分析難點(diǎn)，是在于分離還是檢測。對于分離困難的樣品，較小口徑的色譜柱；對于含量過(guò)低檢測困難的樣品，較大口徑的色譜柱。在容易分離的情況下，一般選擇小口徑毛細管柱可以縮短柱長(cháng)，減小分析時(shí)間。

c. 色譜柱長(cháng)度

色譜柱的長(cháng)短直接影響到保留時(shí)間和分離效率。實(shí)驗室應用的色譜柱長(cháng)多為5m、7.5m、10m、12.5m、15m、25m、30m、50m、60m、75m、100m和105m等。zui常見(jiàn)的色譜柱長(cháng)度是30m。

對于快速分析來(lái)說(shuō)，除了選擇適當的內徑，柱長(cháng)度也短許多（例如5～15mx 0.25mm）。只有這樣，才有可能在zui短的時(shí)間內，得到*的分離效果和分析結果。

如果方法需要改進(jìn)提高分辨率，較長(cháng)的色譜柱，如60m或100m，是理想的選擇。分辨率與柱長(cháng)的平方根成正比。需要注意的是，像一根60m長(cháng)的色譜柱相對于30m的柱子，其分辨率提高近40%，但分析時(shí)間會(huì )成倍增長(cháng)。

在揮發(fā)物的分析應用中，為了改善分離效果，常使用較長(cháng)的柱型，如50m、60m和100m等。在氣態(tài)樣品和精細烴分析應用中，較長(cháng)色譜柱的使用較為普遍。

更長(cháng)的色譜柱會(huì )影響柱惰性、柱流失和柱效等多個(gè)方面。同時(shí)，需要更高的載氣壓力或更換載氣的種類(lèi)（如把氮氣更換成氫氣/氦氣）。

d.  色譜柱膜厚

商品化色譜柱的膜厚規格一般是0.1μm、 0.15μm、 0.25μm、 0.5μm、 1.0μm、 1.5μm、 3μm、5μm等等。實(shí)驗室中zui常見(jiàn)的色譜柱膜厚為0.25μm、0.5μm和1μm。

膜厚主要影響兩個(gè)指標：保留時(shí)間和樣品負載能力。

另外，色譜柱適用溫度范圍、分析時(shí)間和分析結果的準確性和可靠性等也與膜厚有關(guān)。例如一根內徑為0.25mm，膜厚為0.1μm的色譜柱可以達成快速分離的效果，甚至可以改進(jìn)分辨率，降低色譜柱的流失，適用于更寬泛的溫度范圍等。膜厚會(huì )影響到色譜柱惰性，而這個(gè)指標在有些應用中是非常重要的。同時(shí)膜厚對色譜柱樣品承載能力的影響也是很明顯的。

0.25μm× 0.25mm、0.5μm × 0.32mm、1μm或1.5μm × 0.53mm規格的色譜柱在分離效果、保留性能、分辨率、惰性和柱流失等指標方面較為均衡，使用也較多。

膜厚與柱內徑的關(guān)系體現在相比（β）上。相比β是色譜柱中氣相容積和固定相容積之比，計算公式為β=r/2d，其中r為色譜柱半徑，d為液膜厚度。相比是決定一個(gè)固定長(cháng)度色譜柱中組分流出時(shí)間的決定性因素。如果有兩根相同相比和固定相的色譜柱，內徑不同，在相同的溫度條件下，兩根色譜柱的分離效果和保留性能相同或相似。

需要注意的是：相比只是決定保留時(shí)間的主要因素，但并不是決定理論塔板數（柱效率）的主要因素。決定柱容量（zui小檢出量）的主要因素是內徑和膜厚，決定柱效率的是內徑，決定保留時(shí)間的是相比。在綜合平衡柱容量、柱效率、分析時(shí)間三方面因素的時(shí)候，需要注意相比的影響。

zui后要強調的一點(diǎn)是，選擇色譜柱是必須要看具體的分析任務(wù)。如果是做法規分析，則必須按有關(guān)法規的要求選擇色譜柱。如一些產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗，盡管用毛細管柱可以得到更好的分析結果，且分離效率高、分析速度快，但若國家標準或行業(yè)標準規定用填充柱，那就應該用填充柱，否則分析結果不被法規所認可。當然，作為方法開(kāi)發(fā)的研究，用毛細管柱常常是有利的。

新色譜柱的驗收

    新買(mǎi)的氣相色譜柱到貨后要進(jìn)行驗收，驗收首先是對貨物的外包裝進(jìn)行觀(guān)察，如有破損，應直接拒絕接受，要求供應商重新發(fā)貨。打開(kāi)包裝后，色譜柱如沒(méi)有可見(jiàn)的斷裂、破損，可在安裝、老化后使用標準物質(zhì)進(jìn)行柱效測試。

    新柱子都有說(shuō)明書(shū)，說(shuō)明書(shū)一般都附有質(zhì)量檢測報告，附譜圖、條件、試樣等，如果實(shí)驗室備有相應的測試標準物質(zhì)，可照其條件試驗一下，計算塔板數、分離度等，與其報告相差不大即可。亦可依據自己的分析用途，用本實(shí)驗室的實(shí)際條件進(jìn)行樣品分析，與實(shí)驗室以前的正常柱子比較，保留時(shí)間、分離度、塔板數等是否正常即可判斷。建議保留新柱子的測試圖譜，以備以后柱效下降時(shí)對比參考。

色譜柱的安裝

    把毛細管柱安裝在色譜儀上時(shí)，需要將其兩端分別與進(jìn)樣口和檢測器相連接。一般儀器所用的接頭有兩種，分別是內螺紋接頭和外螺紋接頭。原理都是用一個(gè)石墨密封墊，通過(guò)接頭壓緊而達到固定和密封的目的。

正確的安裝請參考以下步驟：

a. 檢查氣體過(guò)濾器、載氣、進(jìn)樣墊和襯管等，保證輔助氣和檢測器的用氣暢通有效。如果以前做過(guò)較臟樣品或活性較高的化合物，需要將進(jìn)樣口的襯管清洗或更換。

b. 先將密封墊套在柱頭，此時(shí)應將柱頭向下，避免密封墊碎屑進(jìn)入柱管而造成堵塞。將石墨墊套在柱頭后，應將柱頭截去1～2cm?？捎脤?zhuān)門(mén)的柱切割器，也可用一個(gè)開(kāi)安剖瓶的磁片，在柱頭上輕輕地劃一下，然后用手掰斷。這樣做可以保證柱端是整潔的，又避免了柱頭污染物對分析的干擾，因為截去了穿過(guò)密封墊時(shí)可能進(jìn)入柱頭的污染物，或者運輸過(guò)程中可能損壞的柱端。

將色譜柱連接于進(jìn)樣口上，色譜柱在進(jìn)樣口中插入深度根據所使用的GC儀器不同而定。正確合適的插入能zui大地保證試驗結果的重現性。通常來(lái)說(shuō)，色譜柱的入口應保持在進(jìn)樣口的中下部，當進(jìn)樣針穿過(guò)隔墊*插入進(jìn)樣口后,如果針尖與色譜柱入口相差1～2cm，這就是較為理想的狀態(tài)。檢測器一端則是柱出口盡量接近檢測點(diǎn)（如FID的火焰），以避免死體積造成的柱外效應（具體的插入程度和方法參見(jiàn)所使用GC的使用手冊）。避免用力彎曲擠壓毛細管柱，并小心,不要讓標記牌等有鋒利邊緣的物品與毛細柱接觸摩擦，以防柱身斷裂受損。

c.用手把連接螺母擰上，擰緊后（用手擰不動(dòng)了）用扳手再多擰1/4-1/2圈，保證安裝的密封程度。因為不緊密的安裝，不僅會(huì )引起載氣的泄漏，而且有可能對色譜柱造成*損壞。為保證柱端伸出的長(cháng)度準確，可在截去柱端后，先量好柱頭伸出長(cháng)度，然后用記號筆或改字液在接頭下方的色譜柱上做記號，擰緊接頭以后保證該記號正好位于柱頭端面。這樣就避免了擰緊過(guò)程中柱管移動(dòng)可能造成的伸出長(cháng)度不準確。

d. 接通載氣

當色譜柱與進(jìn)樣口接好后，可參考表3.4，由柱長(cháng)、柱內徑等參數選取初始的柱前壓，然后通載氣，調節柱前壓以得到合適的載氣流速。

將色譜柱的出口端插入裝有正己烷的樣品瓶中，正常情況下，我們可以看見(jiàn)瓶中穩定持續的氣泡。如果沒(méi)有氣泡，就要重新檢查一下載氣裝置和流量控制器等是否正確設置，并檢查一下整個(gè)氣路有無(wú)泄漏。等所有問(wèn)題解決后，將色譜柱出口從瓶中取出，保證柱端口無(wú)溶劑殘留，再進(jìn)行下一步的安裝。

e. 將色譜柱連接于檢測器上,其安裝和注意的事項與色譜柱與進(jìn)樣口連接大致相同。如果在應用中系統所使用的是ECD或NPD等，那么在老化色譜柱時(shí)，應該將柱子與檢測器斷開(kāi)，這樣檢測器可能會(huì )更快達到穩定。

f. 確定載氣流量，再對色譜柱的安裝進(jìn)行檢查。注意：如果不通入載氣就對色譜柱進(jìn)行加熱，會(huì )快速且*性的損壞色譜柱。

色譜柱的老化與老化效果檢測

色譜柱安裝和系統檢漏工作完成后，就可以對色譜柱進(jìn)行老化了。

a．  老化的方法：

老化的方法通常是將色譜柱升至一恒定溫度，通常為其溫度上限。特殊情況下，可加熱至zui高使用溫度之上約10～20℃左右，但是一定不能超過(guò)色譜柱的溫度上限，那樣極易損壞色譜柱。

當到達老化溫度后，記錄并觀(guān)察基線(xiàn)。初始階段基線(xiàn)應持續上升，在到達老化溫度后5～10分鐘開(kāi)始下降，并且會(huì )持續30～90分鐘。當到達一個(gè)固定的值后就會(huì )穩定下來(lái)。如果在2～3小時(shí)后基線(xiàn)仍無(wú)法穩定或在15～20分鐘后仍無(wú)明顯的下降趨勢，那么有可能系統有泄漏或者污染。遇到這樣的情況，應立即將柱溫降到40℃以下，盡快的檢查系統并解決相關(guān)的問(wèn)題。如果還是繼續的老化，不僅對色譜柱有損壞而且始終得不到正常穩定的基線(xiàn)。

另外，老化的時(shí)間也不宜過(guò)長(cháng)，不然會(huì )降低色譜柱的使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，涂有極性固定相和較厚涂層的色譜柱老化時(shí)間長(cháng)，而弱極性固定相和較薄涂層的色譜柱所需時(shí)間較短。

b. 設置確認載氣流速

對于毛細管色譜柱，載氣的種類(lèi)高純度氮氣或氫氣。載氣的純度大于99.995%，而其中的含氧量越少越好。如果您使用的是毛細管色譜柱，那么依照載氣的平均線(xiàn)速度（cm/sec），而不是利用載氣流量（mL/min）來(lái)對載氣做出評價(jià)。因為柱效的計算采用的是載氣的平均線(xiàn)速度。推薦平均線(xiàn)速度值：氮氣：10～12cm/sec；氫氣：20～25cm/sec。

在載氣的管線(xiàn)中加入氣體過(guò)濾裝置不僅可以延長(cháng)色譜柱壽命，而且很大程度的降低了背景噪音。建議安裝一個(gè)高容量脫氧管和一個(gè)載氣凈化器。使用ECD系統時(shí)，能在其輔助氣路中也安裝一個(gè)脫氧管。

c.柱流失檢測

在色譜柱老化過(guò)程結束后，利用程序升溫作一次空白試驗（不進(jìn)樣）。一般是以10℃/min從50℃升至zui高使用溫度，達到zui高使用溫度后保持10min。這樣我們就會(huì )得到一張流失圖。這些數值可能對今后作對比試驗和實(shí)驗問(wèn)題的解決有幫助。

在空白試驗的色譜圖中，不應該有色譜峰出現。如果出現了色譜峰，通?？赡苁菑倪M(jìn)樣口帶來(lái)的污染物。如果在正常的使用狀態(tài)下，色譜柱的性能開(kāi)始下降，基線(xiàn)的信號值會(huì )增高。另外，如果在很低的溫度下，基線(xiàn)信號值明顯的大于初始值，那么有可能是色譜柱和GC系統有污染。

色譜柱的保存

色譜柱用進(jìn)樣墊將色譜柱的兩端封住，并放回原包裝。在安裝時(shí)要將色譜柱的兩端截去一部分，以確保沒(méi)有進(jìn)樣墊的碎屑殘留于柱中。

色譜柱的重新安裝

色譜柱重新安裝時(shí),密封要注意：

a.安裝位置(尺寸)要重現，否則引起峰靈敏度變化；

b.安裝時(shí)防止碎渣進(jìn)入色譜柱引起峰形拖尾；

c.不需要擰得太緊；

e.使用清潔的密封墊，避免用手接觸密封墊，以防手上的油脂污染；

f.密封墊安裝前，要仔細檢查有無(wú)損傷，以防安裝后，有問(wèn)題時(shí)不易拆除；

g.對那些不宜重復使用，如石墨密封墊，重新安裝柱時(shí)要注意及時(shí)更換。

什么時(shí)候該更換色譜柱

     分離度是考察一根色譜柱分離具體樣品的好壞程度的指標。色譜的核心任務(wù)就是為了使每個(gè)峰完成分離，得到有合理峰寬的色譜峰，以便獲得較低的檢測限。然而，塔板數對分離度的影響僅僅是平方根的關(guān)系，當一根色譜柱的塔板數下降50%，分離度僅下降7%。

     其實(shí)，大多數用戶(hù)僅僅使用色譜柱塔板數的一小部分。例如，對一支新的150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱來(lái)講，廠(chǎng)家測試報告上的塔板數為14，000。使用下面的公式可以估算一支色譜柱的塔板數：N=3000L/Dp                         

L是色譜柱的柱長(cháng)，以厘米為單位；Dp是填料的粒徑，以微米為單位。

    一支150mm×4.6mm，5mm粒徑的色譜柱的柱效大約為9000，比廠(chǎng)家測試數據低30%。在實(shí)際的工作中，大多數色譜方法僅僅需要這些塔板數的一半，可見(jiàn)，色譜柱的塔板數不是分離中zui重要的參數。

較好的方法是使用壓力、分離度和峰形的混合指標來(lái)考察一根色譜柱的狀態(tài)。

    壓力的測量是zui容易的，通常我們確定的色譜方法要滿(mǎn)足以下的要求：用新柱子時(shí)柱壓不高于2500psi，在任何情況下壓力都不超過(guò)3000psi。有統計表明，超過(guò)60%的色譜柱損壞是由于壓力過(guò)高的原因。

    分離度是考察色譜柱的一個(gè)非常重要的指標，只要兩個(gè)組分可以獲得基線(xiàn)分離，對該分析物的定量就不會(huì )有什么問(wèn)題。對于高斯峰來(lái)講，1.5的分離度即可得到基線(xiàn)分離；若分離度在1.7至2.0之間則更好。若峰拖尾嚴重則需要更高的分離度。使用分離度作為色譜柱的評價(jià)指標的好處在于我們可以直觀(guān)地看到相鄰的峰的分離情況。

    另外一個(gè)考察色譜柱質(zhì)量的標準是峰形拖尾情況，廠(chǎng)家測試報告的峰形都非常漂亮，但這并不代表該色譜柱分析實(shí)際樣品的情況。

   通常，在開(kāi)發(fā)分析方法的過(guò)程中，一般會(huì )試驗幾根色譜柱，分析足夠多的實(shí)際樣品，就知道當分離變差時(shí)是什么樣的情況。在開(kāi)始時(shí)可使用一個(gè)寬的范圍；如果在開(kāi)始時(shí)緊縮系統適用性要求，在方法認證后再放寬這個(gè)要求，是很困難的。在分析實(shí)際樣品之前進(jìn)行系統適用性考察，以確保該色譜方法滿(mǎn)足分析者可以接受的標準。