毛細管氣相色譜柱知識簡介

  通常來說，一根毛細管色譜柱由兩部分組成—管身和固定相。管身一般使用熔融二氧化硅或不銹鋼作為基本材質；而固定相種類就有許多了。大部分的固定相是液體或膠狀的高分子量，具有高熱穩定性的聚合物，最常用的是聚硅氧烷（有時誤稱為硅氧烷）和聚乙二醇，另外還有一類是小的多孔粒子組成的聚合物或沸石(例如氧化鋁、分子篩等)。

    管身：熔融二氧化硅即高純度合成石英（以下通稱熔融石英)，通常在其表面涂上一層聚酰亞胺做為保護層。涂層后的熔融石英毛細管呈褐色：但是涂層后的毛細管之間的顏色卻不盡相同。色譜柱的顏色對于其色譜性能沒有什么影響。經過持續的較高溫度處理后．聚酰亞胺涂層管的的溫度會變得比以前更深：標準的聚酰亞胺涂層管熔融石英管的溫度上限為360℃，高溫聚酰亞胺涂層管的溫度上限為400℃。

    熔融石英管的內表面會用一些化學方法進行處理，盡量的減小樣品和管壁之間可能存在的相互作用。所用的試劑和處理方法一般是依據將要涂在內壁上的固定相種類來確定的。硅烷硅烷化處理則是最為常用的處理方式，即使用硅烷類的試劑和管壁內表面上的硅基醇基團進行反應，使其變為甲基硅烷基或苯甲基甲基硅烷基。

    當實驗要求更高的使用溫度時，我們可以來用不銹鋼毛細柱來代替熔融石英毛細柱。不銹鋼毛細柱在使用溫度(耐高溫）及日常維護（不易折斷等)的性能和指標上都優于熔融石英毛細柱。但是不銹鋼材質的惰性沒有熔融石英好，它可以和許多的化合物相互作用，產生反應。所以通常可以用化學方法對其進行處理，或者是在它的內壁再涂上薄薄的一層熔融石英，以增加不銹鋼管的隋性：經過適當處理后，不銹鋼毛細柱的惰性與熔融石英毛細柱的不相上下。

    固定相：聚硅氧烷、聚乙二醇

    聚硅氧烷在其用途的多用性、性質的穩定性上都有優良的表現也是目前最為常用的固定相。標準的聚硅氧烷是由許多單個的硅氧烷重復聯接構成：每個硅原子與兩個功能基團相連，功能基團的類型和數量決定了固定相總體類型和性質常見的四種功能基團為甲基、氰丙基、三氟丙基和苯基。

    最基本的聚硅氧烷是由100%甲基取代的。當有其他種類的取代基出現時，該基團的數量將由一個百分數來表示。例如：5％二苯基—95％二甲基聚硅氧烷表示其包含有5％的苯基基團和95％的甲基基團。“二”是表示每個硅原子包含有兩個特定基團，但當兩個特定基團完全相同時，我們有時也會省略這種叫法。如果甲基的百分數沒有表征，則表示它的含量可能是100％(如50％苯基—甲基聚硅氧烷表示甲基的含量為50％)。有時我們可能對氰丙基苯基的百分含量產生錯誤的理解，如14％氰丙基苯基—二甲基聚硅氧烷表示的是其含有7％氰丙基和7％苯基(另有86％的甲基)，因為一個氰丙基和一個苯基連接于同一個硅原子上，所以14％是一種加和的表征方式。

    我們有時會用低流失或“ms”來表征一類固定相。這一類固定相是在硅氧烷聚合物中鏈接一定數量的苯基或苯基類的基團，通常我們稱之為“亞芳基”。由于它們的加入，聚合物的鏈接變得更加堅固穩定，保證了在較高溫度時，固定相不會產生降解。也就是說，進一步降低了色譜柱的柱流失，提高了色譜柱的使用溫度。與原始的非亞芳基類型的固定相相比，亞芳基固定相不僅擁有相同的分離指數，而且在色譜柱的維護等方面也有許多的調整（例如SE52和SE54）。盡管同類普通型和低流失型固定相的分離性能相同或極為相似，但是在某些方面還有微小的區別。另外，我們也使用一些沒有相應“普通型”的獨特低流失固定相。

    聚乙二醇是另外一類廣泛應用的固定相。有些我們稱之為“WAX”或“FFAP”。聚乙二醇不象聚硅氧烷那樣有多種取代基團，它是100%固定基質的聚合物。相對于聚硅氧烷，聚乙二醇固定相色譜柱的壽命較短，而且容易受溫度和環境（有氧環境等）的影響。另外，聚乙二醇固定相在相應的GC實驗條件下需保持液態。但由于其獨特的分離性能，聚乙二醇仍是我們常用的固定相之一。

    常用的聚乙二醇GC固定相有兩種，一種是能在較高溫度下使用的，但是它的活性相對較高一些（也就是說有些化合物的色譜峰會有拖尾現象）另一種的使用溫度上限較低，溫度下限也較低，但使用中所表現出的再現性和惰性比上一種要好。在分離指數上，上述兩種固定相有輕微的差異。還有一種是pH陽離子改性聚乙二醇固定相。FFAP柱就是一類用對苯二甲酸改性的聚乙二醇作為固定相的。這種色譜柱常用于分析分離酸性化合物。另外，我們也用堿性化合物對聚乙二醇固定相改性用來分析分離堿性化合物（CAM）。普通分析色譜柱分離強酸或強堿化合物時會出現色譜峰拖尾現象，使用pH改性固定相后，這種現象會明顯地減小。

    氣-固固定相：就是在管壁表面粘合很薄一層的小顆粒物質，通常叫做多孔層開口管（PLOT）柱。樣品是通過在氣-固固定相上產生吸附/脫附作用來分離的。因為所用顆粒是多孔的，所以在分離過程中，既有尺寸排阻作用，也有分子擇形過程。最為常用的的PLOT柱固定相有苯乙烯衍個物、氧化鋁和分子篩等。PLOT柱的保留性能非常突出，用它可以進行那些常規固定相做不到的分析分離。對于那些要求在低于室溫的條件下，使用聚硅氧烷或聚乙二醇固定相進行的分析分離，PLOT柱在室溫或高于室溫的狀態下就可以輕易完成。烴類和硫化物氣體、惰性和永久性氣體以及低沸點溶劑等都是常用PLOT柱進行分析分離的化合物。

    有些PLOT柱的固定相有時會有粒子的流失，由于這個原因，可能會對那些依靠檢測顆粒物質的檢測器產生負面的影響。例如質譜檢測器由于在色譜柱的出口是一個高真空的空間，所以極易受色譜柱離子流失的影響。

    鍵合和交聯固定相：交聯是將多個聚合物鏈單體通過共價鍵進行連接，鍵合是將其再通過共價鍵與管壁表面相連。這樣處理的結果使得固定相的熱穩定性和溶劑穩定性都有較大的提高。所以，鍵合交聯固定相色譜柱可以通過溶劑的浸洗，從而去除柱內的污染物。大多數的聚硅氧烷和聚乙二醇固定相都是經過鍵合交聯處理的。另有少數固定相是不用鍵合或鍵合交聯進行處現的。但如有可能，能夠進行鍵合交聯的，都會對固定相做出相應的處理。
柱流失：所有的色譜柱都有柱流失的現象。這是由于固定相的正常降解而產生的被洗脫物質。柱流失會隨著溫度的升高加劇。我們可以通過流失曲線或圖清楚地看到這種變化。一般我們會在程序升溫的條件下做一次空白試驗，溫度要升至色譜柱的溫度上限，并持續該溫度10—15分鐘，這樣就可以得到該色譜柱的正常流失曲線圖。

    從流失圖中我們可以得到幾個重要的指標。空自試驗的基線在較低溫度區域相對平坦，到離溫度上限30—40℃時開始急速地上升，直至達到溫度上限。在上限溫度持續期間，基線又變得平穩許多。幾分鐘后基線會又變得完全平坦。如出現明顯或嚴重的偏差，其并不是由于色譜柱流失引起的。色譜柱的流失是一種持續的過程--并不會偶然地開始，也不會突然地停止。如果在空白試驗中得到了色譜峰，這并不是由于柱流失而引起的，它極有可能是GC系統中的污染物質。使用質譜檢測器進行檢測并與譜庫對照，您會發現它們是一些含硅的化合物。它們的來源極有可能是進樣墊。

    一般來說，極性固定相的流失率較高，較低溫度下，它們的流失就很明顯。如果您使用的檢測器對固定相中任何原子或功能團都有特別靈敏的響應，那么柱流失就非常明顯了。就算柱流失不是很嚴重，但由于檢測器對柱內降解產物有較靈敏的響應，會導致很強的基線噪聲。在氰丙基取代聚硅氧烷固定相與NPD系統或聚乙二醇柱與ECD系統中，這種現象就很突出。由流失圖中我們可以看到，在高溫區域柱流失會迅速升高。當流失率增高時，我們無法用一種絕對的方法去測量指示。柱流失最佳的測量方法是測量在兩種溫度下背景倍號的不同或改變。通常我們會選擇色譜柱的溫度上限和100℃這兩個點，絕對的背景信號通常是整個GC系統背景的組合，我們不可能測量出柱流失對這個信號有多大的貢獻。而測量柱流失的相對數量，其它對背景信號有貢獻的因素也就被減去了。大多數的色譜柱是通過FID進行檢測的。FID的輸出信號為微微安培(pA)。流失水平就是在兩種溫度下FID信號值的差(ΔpA)。由于這些數值隨檢測器響應的變化而變化，所以只有在相同的實驗條件下使用同一個檢測器，或者，在標準的流量條件下使用相同標準的檢測器，并且流失數值以pg C／克固定相來表示，這樣做的數據才真實有效。

    隨著色譜柱的使用，柱流失會不斷地升高。色譜柱暴露于有氧環境(空氣)中和／或者持續在等于或接近色譜柱的上限溫度條件下被使用，都會加速色譜柱的流失。柱流失突然或快速的升高則可能是色譜柱有損壞或GC系統有問題出現。而持續在高于色譜柱上限溫度下操作使用，持續使色譜柱暴露于有氧環境中(通常由于泄漏)，或者不斷分析的樣品中有破壞性物質，這些都可能是問題的原因。

    色譜柱溫度極限：一根色譜柱通常有兩個溫度極限，溫度下限和溫度上限。如果在低于溫度下限的條件下實驗，得到的色譜峰又圓又寬(柱效降低)。但是色譜柱并不會受到什么損壞。這樣并不能發揮色譜柱的正常功能。在達到下限溫度或者高于下限溫度時，得到的色譜峰會有明顯的好轉。

    溫度上限—般有兩個固定的數值。較低的是恒溫極限，在該溫度下色譜柱可以正常地使用，柱流失的壽命不會受到影響。較高的數值是程升極限，在此溫度下色譜柱使用時間如果在10—15分鐘內，色譜柱的流失和壽命不會受到太大的影響。但如果持續時間過長，則會增加色譜柱的流失，縮短色譜柱的壽命，固定相和熔融石英管的惰性都有可能被破壞。

    色譜柱容量：色譜柱容量是指色譜柱對一種溶質可容納的最大量值，一旦超過此數值，該溶質的色譜峰就會發生畸變，也就是說該溶質超載。超載的色譜峰并不均衡而且沿固定方向變化。一般我們稱之為“鯊鰭”峰。PLOT柱超載表現為色譜峰的拖尾。不過以上種種情況對色譜柱本身沒有什么影響。

    柱容量與固定相的極性、膜的厚度、柱內徑和溶質保留度等有關。如果色譜柱對一種溶質的容量很高，則表明該溶質與固定相的極性很相似(相似相溶)。例如，一根極性柱對極性化合物的容量一定大于對非極性化合物的容量；厚膜和大口徑的色譜柱，其相對柱常量也會較高；而溶質的保留度增加會使柱容量降低；如果兩種溶質極性類似，后出峰的化合物更容易發生超載現象。