毛細管色譜柱的選擇

    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，    分析時(shí)，選擇*的毛細管色譜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。

1. 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：

    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；分析氫鍵型物質(zhì)用氫鍵型PEG柱更佳；輕烴或*氣體用PLOT柱更佳；高苯基固定相對芳香族物質(zhì)保留能力更強；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。

2. 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）。

3. 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。

4.  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。