[原創]氣相色譜毛細管柱使用知識（二）

3 色譜柱的選擇

    選擇毛細管柱時需注意的柱參數包括：固定相、內徑、膜厚度和柱長。下面按毛細管柱選擇中參數的重要性進行排列和討論。

3.1 固定相

    對于一個樣品的分析，可采用帶有固定相的毛細管柱或填充柱。單一樣品分析采用填充柱，經濟、快速、柱負載高、抗污染，適合企業生產時單機、單一項目檢測。而多殘留分析或多項目分析更推薦采用毛細管柱，因為毛細管色譜柱適用性和分辨率更好，不像應用填充柱分析時那么專一、嚴格，例如：多數在100％二甲基硅氧烷固定相上可以進行分析的物質，在5％二苯基＋95％二甲基硅氧烷固定相上同樣可以進行分析。

非極性固定相具有更好的抗氧化性、更高的效率和更高的極限操作溫度（最高可達360℃），所以，在可以完成所需分離的情況下，盡可能選擇固定相極性弱的色譜柱，這樣可以延長色譜柱的壽命。分析強極性物質，如：酸、醛、醇、胺等，為獲得較好分離，需選用極性較強的固定相。有時為了縮短分析時間，也選用與被測物極性相反的固定相。

在一個色譜分離過程中，溶質與固定相之間存在多種相互作用，因此，最佳固定相的選擇很大程度上取決于溶質的性質。

表2 常用商品彈性石英毛細管色譜柱一覽表

在進行樣品分析以前，建議先閱讀相關的應用文獻推薦的色譜柱型號，或者查閱各公司的色譜耗材毛細柱目錄，從中獲得不同固定相應用分析的化合物種類的相關信息。這對被測物有效分離選擇色譜柱很有用。部分常用商品石英毛細管色譜柱生產公司、牌號、型號、用途見表2。

3.2 內徑

在一系列石英毛細管色譜柱中有5種內徑較為常用。每種都有其特定的應用領域和適合的使用范圍。

0.53mm內徑毛細管柱。0.53mm內徑的色譜柱樣品容量很大，可與填充柱相比，進樣理想方式是直接在高載氣流速下注入，從而減少連接體系的死體積，減少色譜峰的拖尾。0.53mm內徑柱還可以配合特殊進樣口裝置，如：柱上進樣或冷柱頭進樣裝置，使用0.47mm外徑針頭的微量注射器進行柱頭或冷柱頭進樣。

0.53mm內徑柱的毛細管柱相當于由填充柱到毛細管柱的簡單升級，可以自己動手對連接接頭進行改造。相對簡單的樣品在分析時可得到比填充柱要好得多的效果，而不像常規0.25mm和0.32mm內徑毛細管柱需要專用的連接裝置。

0.32mm內徑毛細管柱。0.32mm內徑柱被認為是最好的全能色譜柱，具有很好的分離能力、樣品容量(取決于膜厚度)。而且彈性較0.53mm內徑的好，更易安裝，是色譜分析中選用最多的一種規格。這種色譜柱也可進行柱頭進樣，但需要特殊的注射器。

0.25mm內徑毛細管柱。0.25mm（早期多為0.22mm）內徑柱具有低流失量、高分辨率的特性，也是很常用的。氣相色譜-質譜聯用儀多采用此規格柱，通常在規格后標有ms字符，如表1中的DB 5 ms。

0.15mm內徑毛細管柱。0.15mm內徑是常規氣相色譜儀中50m柱的最小內徑。就功效而言，它具有最高的分辨率，用于分析復雜化合物和寬沸程樣品很理想。

0.10mm內徑毛細管柱。0.10mm內徑柱只在更短柱長及很高分析速度下進行應用，常用于快速色譜分析。由于柱內徑較小，所以色譜柱的負載能力也就比較小，只能夠容納較少的樣品，使用時要注意進樣量，以保證形成尖銳的色譜峰。

以上不同柱內徑色譜柱相關參數匯總于表3。

表3. 柱內徑對比參數

內徑	柱有效板數 Neff/M	柱理論板數 NT/M	典型流速 (氫)
0.10mm.	7,000 - 8,200	9,500 - 12,000	0.2 - 0.5ml/min
0.15mm.	4,700 - 5,500	6,400 - 8,000	0.4 - 1.0ml/min
0.25mm.	3,200 - 3,800	4,300 - 5,500	0.8 - 2ml/min
0.32mm.	2,200 - 2,600	3,000 - 3,700	1.7 - 4.0ml/min
0.53mm.	1,300 - 1,600	1,800 - 2,200	3 - 50ml/min

 

3.3 膜厚度

膜的厚度對所分析化合物的溶解性有比較大影響，因此，正確選擇膜的厚度與正確選擇柱長同樣重要。

相比率是表示色譜柱固定相多少的一種方式，相比率是指毛細管柱的內部體積與固定相的體積比。

相比率(β)用公式可表示為：

β = D／4μf

式中D = 柱內徑(微米)
    μf = 固定相厚度

較高的相比率色譜柱內固定相較少，較低的相比率則固定相較多。一般較厚的膜(低相比率)相對流失要大些，使用時注意溫度盡可能低些，而且這類色譜柱不適合用于氣相色譜-質譜聯用儀分析。較厚的膜柱容量也較大。使用較厚的膜，樣品就會在柱中停留較長時間，分離度較高，特別適合分析低沸點或氣體化合物。若樣品中含高沸點組分，將這些組分洗脫將需要很高的溫度，因此此時不宜用厚膜。

薄膜(高相比率)適于分析高沸點組分，而且由于膜薄，被測物在柱內停留的時間較短，在較低溫度下洗脫特定組分，從而延長柱壽命。達到或接近最大柱溫時，流失率也會較厚膜低得多，所以更適合用于氣相色譜-質譜聯用儀分析。

根據實驗多方面的效果，對樣品容量、低流失及分離度進行權衡，標準膜厚度：0.10mm、0.25mm柱內徑為0.25μm，0.32mm內徑0.5μm，0.53mm內徑1.0μm。常見柱徑單位柱長相比率見表4。

表4. 不同膜厚度及內徑下的相比率

膜厚度 (μm)	內徑 (mm)
0.1	0.25	0.32	0.53
0.1	250	550	800
0.25	100	220	320
0.5		110	160	265
1		55	80	132
2			40
3				44
5			16	26

3.4 柱長

大多數柱長是15m、30m（過去為12m、25m）和50m的。柱長選擇是由樣品復雜度或組分的屬性決定的。分析復雜的樣品或者需要分析多個項目，應選用較長及更高效的色譜柱。需要分離少數幾個組分時，為了提高分析效率選擇具有適宜特性及/或膜厚度的適當短的色譜柱。柱長與分離度的關系見圖1。

通過適當選擇其它柱參數，絕大多數操作都可以在很短的色譜柱上完成。較短的色譜柱也具有優勢，例如分析時間較短，流失較少，降低高活性溶質的干擾，當然，還有降低了成本。

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