气相色谱柱的基本知识

气相色谱毛细管柱使用知识根据一些文献和多年的使用经验，对毛细管柱的性质和使用进行了一个归纳总结。

希望能对刚刚接触这一工作的初学者有一点点帮助。

1简介气相色谱毛细管柱因其高分离能力、高灵敏度、高分析速度等独特优点而得到迅速发展。

随着弹性石英交联毛细管柱技术的日益成熟和性能的不断完善，已成为分离复杂多组分混合物、及多项目分析的主要手段，在各领域应用中大有取代填充柱的趋势。

现在新型气相色谱仪、气相色谱-质谱联用仪基本上都是采用毛细管色谱柱进行分离分析。

但是，毛细管色谱柱柱内径较小，固定液的膜薄，用于食品中残留物分析时，若使用不当，色谱柱性能很快就会下降。

本文旨在向初次接触气相色谱毛细管柱的操作者介绍不同类型的毛细管色谱柱的性质、选择、使用方法及注意事项等。

毛细管柱只能安装在配有专用毛细管柱连接装置的气相色谱仪上。

现在购买仪器时最常规的配置是配毛细管分流/ 不分流进样口。

2毛细管色谱柱的类型毛细管色谱柱的类型有很多种，但目前最常用和商品化的，是开口熔融石英交联毛细管色谱柱。

本文仅介绍此类毛细管色谱柱的性能特点。

2.1熔融石英毛细管柱2.1.1熔融石英毛细管柱材料现在市售商品化的气相色谱用毛细管柱几乎都是由熔融石英制作的，简称石英毛细管柱。

制作毛细管柱用的石英纯度非常高，几乎无其它杂质。

它具有熔点高（近2000 C）、热膨胀系数低、化学稳定性好和抗张强度高等特点，是制备毛细管柱的理想材料。

毛细管柱内壁存在有许多具有吸附活性的基团，这些基团的存在直接影响固定相涂渍效果，所以，在涂渍固定相之前，柱表面必须经过适当预处理，以期得到较高的柱效和对称的色谱图形。

2.1.2石英毛细管柱的聚酰亚胺外涂层石英毛细管柱很脆，只有在毛细管柱外涂一层聚酰亚胺保护材料后才具有很好的弹性，在使用这样的色谱柱时应十分小心，避免将聚酰亚胺涂层损坏，导致毛细管柱易折断。

通常商品毛细管柱出厂时都固定在一个金属丝制作的柱架上，柱架的直径与毛细管柱的直径成正比，即：毛细管柱的直径越大，固定架的直径也就越大。

气相色谱色谱柱的选择及分类气相色谱色谱柱的选择及分类1.1 固定相的选择当面对一个未知物时，先试用现有GC柱，如果该柱分离不理想，根据你对样品的了解，基本原则是分析物与固定相有相似化学性质时才会相互作用。

这说明对样品越了解，越容易找到合适的固定相。

非极性分子——通常仅由C和H组成并且无偶极矩，直联（正烷）是常见的非极性化合物的例子。

极性分子——主要由C和H组成同时也有其他原子，如：N、O、P、S或卤素。

样品包括有醇类、胺类、硫醇类、酮类、有机卤化物等。

可极化物质——主要由C和H组成同时包含不饱和键。

通常有：炔和芳香族化合物。

如果你的样品是具有相似的化学性质的非极性组分的混合物，比如大多数石油馏分中的烃，你可以试用OV-1毛细管色谱柱，它按沸点顺序分离。

如果你怀疑有芳族化合物，试着用有苯基的SE-52或SE-54柱。

极性或可极化组分样品能够在中极性和/或可极化固定相色谱柱上进行分析，如有苯基或类似基团固定相，比如OV-17或OV-225柱。

如果需要更高极性，可以选用聚乙二醇（PEG）固定相，即通常所说的WAX固定相。

1.2膜厚选择薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。

一般而言，色谱柱的膜厚为0.25到0.5μm。

对于流出达300℃的大多数样品（包括蜡、甘油三脂、甾族化合物等）能够很好的分析。

对于更高的洗脱温度，可以用0. 1μm的液膜。

而厚液膜对于低沸点化合物有利，对于流出温度在100℃～200℃之间的物质，用1～1.5μm的液膜效果较好。

超厚膜（3～5μm）用于分析气体、溶剂和可吹扫出来的物质，以增加样品组分与固定相的相互作用。

另一个选择厚膜的原因是当用大口径柱时保持分离度和保留时间。

由于这个原因，大口径柱都只有厚膜。

厚膜的流失较大，温度极限必须随膜厚度增加而下降。

1.3长度选择一般情况，15m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物。

30m柱是最普遍的柱长。

超长柱（50、60或100m、150m）用于非常复杂的样品。

气相色谱根本知识气相色谱是色谱中的一种，就是用气体做为流动相的色谱法，在别离分析方面，具有如下一些特点：1、高灵敏度：可检出10-10克的物质，可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析。

2、高选择性：可有效地别离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。

3、高效能：可把组分复杂的样品别离成单组分。

4、速度快：一般分析、只需几分钟即可完成，有利于指导和控制生产。

5、应用范围广：即可分析低含量的气、液体，亦可分析高含量的气、液体，可不受组分含量的限制。

6、所需试样量少：一般气体样用几毫升，液体样用几微升或几十微升。

7、设备和操作比拟简单。

气相色谱法的一些常用术语及根本概念解释：1、相、固定相和流动相：一个体系中的某一均匀局部称为相；在色谱别离过程中，固定不动的一相称为固定相；通过或沿着固定相移动的流体称为流动相。

2、色谱峰：物质通过色谱柱进到鉴定器后，记录器上出现的一个个曲线称为色谱峰。

3、基线：在色谱操作条件下，没有被测组分通过鉴定器时，记录器所记录的检测器噪声随时间变化图线称为基线。

4、峰高与半峰宽：由色谱峰的浓度极大点向时间座标引垂线与基线相交点间的高度称为峰高，一般以h表示。

色谱峰高一半处的宽为半峰宽，一般以x1／2表示。

5、峰面积：流出曲线〔色谱峰〕与基线构成之面积称峰面积，用A表示。

6、死时间、保存时间及校正保存时间：从进样到惰性气体峰出现极大值的时间称为死时间，以td表示。

从进样到出现色谱峰最高值所需的时间称保存时间，以tr表示。

保存时间与死时间之差称校正保存时间。

以Vd表示。

7、死体积，保存体积与校正保存体积：死时间与载气平均流速的乘积称为死体积，以Vd 表示，载气平均流速以Fc表示，Vd=tdxFc。

保存时间与载气平均流速的乘积称保存体积，以Vr表示，Vr=trxFc。

8、保存值与相对保存值：保存值是表示试样中各组分在色谱柱中的停留时间的数值，通常用时间或用将组分带出色谱柱所需载气的体积来表示。

气相色谱柱的工作原理色谱柱工作原理气相色谱柱在石油、化工、生物化学、医药卫生、食品工业、环保等方面应用很广。

它除用于定量和定性分析外，还能测定样品在固定相上的调配系数、活度系数、分子量和比表面积等物理化学常数。

一种对混合气体中各构成分进行分析检测的仪器。

工作原理色谱柱利用色谱柱先将混合物分别，然后利用检测器依次检测已分别出来的组分。

色谱柱的直径为数毫米，其中填充有固体吸附剂或液体溶剂，所填充的吸附剂或溶剂称为固定相。

与固定相相对应的还有一个流动相。

流动相是一种与样品和固定相都不发生反应的气体，一般为氮或氢气。

待分析的样品在色谱柱顶端注入流动相，流动相带着样品进入色谱柱，故流动相又称为载气。

载气在分析过程中是连续地以确定流速流过色谱柱的；而样品则只是一次一次地注入，每注入一次得到一次分析结果。

样品在色谱柱中得以分别是基于热力学性质的差异。

固定相与样品中的各组分具有不同的亲合力（对气固色谱仪是吸附力不同，对气液调配色谱仪是溶解度不同）。

当载气带着样品连续地通过色谱柱时，亲合力大的组分在色谱柱中移动速度慢，由于亲合力大意味着固定相拉住它的气力大。

亲合力小的则移动快。

检测器对每个组分所给出的信号，在记录仪上表现为一个个的峰，称为色谱峰。

色谱峰上的极大值是定性分析的依据，而色谱峰所包罗的面积则取决于对应组分的含量，故峰面积是定量分析的依据。

一个混合物样品注入后，由记录仪记录得到的曲线，称为色谱图。

分析色谱图就可以得到定性分析和定量分析结果。

色谱柱压上升的原因色谱柱是高效液相色谱的心脏，在高效液相色谱仪的使用中，保持色谱柱的柱效、容量和渗透性，延长柱子的使用寿命特别紧要。

色谱柱压上升一般是由于柱床内产生了杂质，造成流体阻力加大所致。

浅析其原因，大致有以下几方面：流动相的前处理杂质堵塞色谱柱进口滤片，导致压力上升。

这往往是由于流动相没有过滤，或虽已过滤但过滤不彻底，使固体杂质滞留于滤板上所造成的。

样品的沉淀当溶解样品的溶剂与流动相不一致时，样品进入色谱柱，有时可能因溶解度降低而沉淀出来，造成压力上升。

气相色谱柱预柱一、色谱柱预柱的基本介绍色谱柱预柱是指置于色谱主柱前面的一个小型柱子。

它也被称为"保护柱"或"预色谱柱"。

在采用液相色谱、气相色谱等物质分离技术时，色谱柱预柱可以完整保护主色谱柱的色谱填料，避免被杂质和未分离的物质污染，从而提高样品分离的效果和信噪比。

二、色谱柱预柱的作用色谱柱预柱的作用主要有以下几点：1.保护主色谱柱色谱柱预柱可以防止主色谱柱受到污染和磨损，从而保护主色谱柱的使用寿命。

此外，由于保护柱是一个相对较便宜的部件，因此在一定程度上减轻了主色谱柱的负担，延长了整个分离系统的使用寿命。

2.提高分离效果色谱柱预柱的存在可以减少未分离的物质流入主色谱柱中，从而减少杂质对样品分离的干扰，提高分离效率和分析结果的准确性。

另外，预柱的选择通常是使用弱极性或无极性填料，在保护主色谱柱的情况下，还可提高某些化学物质的分离率。

3.降低背景噪音主色谱柱和色谱柱预柱一样具有对样品的分离能力，当样品分子被引入预柱时，其一部分可能会在预柱内被分离，从而使分离主柱内的背景噪音降低。

这对于需求低检测限和高分辨的分析是非常有利的。

三、如何选择正确的色谱柱预柱正确选择色谱柱预柱通常需要考虑以下因素：1.填料种类要根据分析物的种类、环境、温度等因素来选择填料种类。

一般而言，弱极性柱塞的效果对于大多数分离某些不极性化合物的提取较佳。

2.柱径和长度与主色谱柱相同，在选择预色谱柱的柱径和长度方面，也需考虑样品量、流速、分离效果以及设备参数的影响。

3.选择正确的流动相对于不同填充物和生物样品等，需要选用不同的流动相。

正确的流动相能够提高分离效果和样品的纯度等参数。

【结论】色谱柱预柱是保护主色谱柱，提高分离效果，降低后续分析中的背景噪音的重要部分。

选择正确的预色谱柱对于保障分离效果和提高分析准确性都是至关重要的。

气相色谱柱内容介绍通常来说，一根毛细管色谱柱由两部分组成—管身和固定相.管身一般使用熔融二氧化硅或不锈钢作为基本材质：而固定相种类就有许多了.大部分地固定相是液体或胶状地高分子量，具有高热稳定性地聚合物，最常用地是聚硅氧烷（有时误称为硅氧烷）和聚乙二醇，另外还有一类是小地多孔粒子组成地聚合物或沸石(例如氧化铝、分子筛等). 色谱柱管熔融二氧化硅即高纯度合成石英（以下通称熔融石英)，通常在其表面涂上一层聚酰亚胺做为保护层.涂层后地熔融石英毛细管呈褐色：但是涂层后地毛细管之间地颜色却不尽相同.色谱柱地颜色对于其色谱性能没有什么影响.经过持续地较高温度处理后．聚酰亚胺涂层管地地温度会变得比以前更深：标准地聚酰亚胺涂层管熔融石英管地温度上限为℃，高温聚酰亚胺涂层管地温度上限为℃. 固定相：聚硅氧烷；聚乙二醇聚硅氧烷聚硅氧烷在其用途地多用性、性质地稳定性上都有优良地表现也是目前最为常用地固定相.标准地聚硅氧烷是由许多单个地硅氧烷重复联接构成：每个硅原子与两个功能基团相连，功能基团地类型和数量决定了固定相总体类型和性质常见地四种功能基团为甲基、氰丙基、三氟丙基和苯基. 最基本地聚硅氧烷是由甲基取代地.当有其他种类地取代基出现时，该集团地数量将由一个百分数来表示.例如：％二苯基—％二甲基聚硅氧烷表示其包含有％地苯基基团和％地甲基基团.“二”是表示每个硅原子包含有两个特定基团，但当两个特定基团完全相同时，我们有时也会省略这种叫法.如果甲基地百分数没有表征，则表示它地含量可能是％(如％苯基—甲基聚硅氧烷表示甲基地含量为％).有时我们可能对氰丙基苯基地百分含量产生错误地理解，如％氰丙基苯基—二甲基聚硅氧烷表示地是其含有％氰丙基和％苯基(另有％地甲基)，因为一个氰丙基和一个苯基连接于同一个硅原子上，所以％是一种加和地表征方式. 我们有时会用低流失或“”来表征一类固定相.这一类固定相是在硅氧烷聚合物中链接一定数量地苯基或苯基类地集团，通常我们称之为“亚芳基”.由于它们地加入，聚合物地链接变得更加坚固稳定，保证了在较高温度时，固定相不会产生降解.也就是说，进一步降低了色谱柱地柱流失，提高了色谱柱地使用温度.与原始地非亚芳基类型地固定相相比，亚芳基色谱柱固定相不仅拥有相同地分离指数，而且在色谱柱地维护等方面也有许多地调整（例如和）.尽管同类普通型和低流失型固定相地分离性能相同或极为相似，但是在某些方面还有微小地区别.另外，我们也使用一些没有相应“普通型”地独特低流失固定相.聚乙二醇聚乙二醇是另外一类广泛应用地固定相.有些我们称之为“”.聚乙二醇不象聚硅氧烷那样有多种取代集团，它是固定基质地聚合物.相对于聚硅氧烷，聚乙二醇固定相色谱柱地寿命较短，而且容易受温度和环境（有氧环境等）地影响.另外，聚乙二醇固定相在相应地实验条件下需保持液态.但由于其独特地分离性能，聚乙二醇仍是我们常用地固定相之一. 常用地聚乙二醇固定相有两种，一种是能在较高温度下使用地,但是它地活性相对较高一些（也就是说有些化合物地色谱峰会有拖尾现象）.另一种地使用温度上限较低，温度下限也较低，但使用中所表现出地再现性和惰性比上一种要好.在分离指数上，上述两种固定相有轻微地差异.还有一种是阳离子改性聚乙二醇固定相.柱就是一类用对苯二甲酸改性地聚乙二醇作为固定相地.这种色谱柱常用于分析分离酸性化合物.另外，我们也用碱性化合物对聚乙二醇固定相改性用来分析分离碱性化合物（）.普通分析色谱柱分离强酸或强碱化合物时会出现色谱峰拖尾现象，使用改性固定相后，这种现象会明显地减小.气固固定相气固固定相就是在管壁表面粘合很薄一层地小颗粒物质，通常叫做多孔层开口管（）柱.样品是通过在气固固定相上产生吸附脱附作用来分离地.因为所用颗粒是多孔地，所以在分离过程中，既有尺寸排阻作用，也有分子择形过程.最为常用地地柱固定相有苯乙烯衍个物、氧化铝和分子筛等.柱地保留性能非常突出，用它可以进行那些常规固定相做不到地分析分离.对于那些要求在低于室温地条件下，使用聚硅氧烷或聚乙二醇固定相进行地分析分离，柱在室温或高于室温地状态下就可以轻易完成.烃类和硫化物气体、惰性和永久性气体以及低沸点溶剂等都是常用柱进行分析分离地化合物. 有些柱地固定相有时会有粒子地流失，由于这个原因，可能会对那些依靠检测颗粒物质地检测器产生负面地影响.例如质谱检测器由于在色谱柱地出口是一个高真空地空间，所以极易受色谱柱离子流失地影响.键合和交联固定相交联是将多个聚合物链单体通过共价键进行连接，键合是将其再通过共价键与管壁表面相连.这样处理地结果使得固定相地热稳定性和溶剂稳定性都有较大地提高.所以，键合交联固定相色谱柱可以通过某种溶剂地浸洗，从而去除柱内地污染物.大多数地聚硅氧烷和聚乙二醇固定相都是经过键合交联处理地.另有少数固定相是不用键合或键合交联进行处现地.但如有可能，能够进行键合交联地，都会对固定相做出相应地处理.国产色谱柱是非交联色谱柱.柱流失所有地色谱柱都有柱流失地现象.这是由于固定相地正常降解而产生地被洗脱物质.柱流失会随着温度地升高加剧.我们可以通过流失曲线或图清楚地看到这种变化.一般我们会在程序升温地条件下做一次空白试验，温度要升至色谱柱地温度上限，并持续该温度—分钟，这样就可以得到该色谱柱地正常流失曲线图. 从流失图中我们可以得到几个重要地指标.空自试验地基线在较低温度区域相对平坦，到离温度上限—℃时开始急速地上升，直至达到温度上限.在上限温度持续期间，基线又变得平稳许多.几分钟后基线会又变得完全平坦.如出现明显或严重地偏差，其并不是由于色谱柱流失引起地.色谱柱地流失是一种持续地过程并不会偶然地开始，也不会突然地停止.如果在空白试验中得到了色谱峰，这并不是由于柱流失而引起地，它极有可能是系统中地污染物质.使用质谱检测器进行检测并与谱库对照，您会发现它们是一些含硅地化合物.它们地来源极有可能是进样垫. 一般来说，极性固定相地流失率较高，较低温度下，它们地流失就很明显.如果您使用地检测器对固定相中任何原子或功能团都有特别灵敏地响应，那么柱流失就非常明显了.就算柱流失不是很严重，但由于检测器对柱内降解产物有较灵敏地响应，会导致很强地基线噪声.在氰丙基取代聚硅氧烷固定相与系统或聚乙二醇柱与系统中，这种现象就很突出.由流失图中我们可以看到，在高温区域柱流失会迅速升高.当流失率增高时，我们无法用一种绝对地方法去测量指示.柱流失最佳地测量方法是测量在两种温度下背景倍号地不同或改变.通常我们会选择色谱柱地温度上限和℃这两个点，绝对地背景信号通常是整个系统背景地组合，我们不可能测量出柱流失对这个信号有多大地贡献.而测量柱流失地相对数量，其它对背景信号有贡献地因素也就被减去了.大多数地色谱柱是通过进行检测地.地输出信号为微微安培().流失水平就是在两种温度下信号值地差(Δ).由于这些数值随检测器响应地变化而变化，所以只有在相同地实验条件下使用同一个检测器，或者，在标准地流量条件下使用相同标准地检测器，并且流失数值以／克固定相来表示，这样做地数据才真实有效. 随着色谱柱地使用，柱流失会不断地升高.色谱柱暴露于有氧环境(空气)中和／或者持续在等于或接近色谱柱地上限温度条件下被使用，都会加速色谱柱地流失.柱流失突然或快速地升高则可能是色谱柱有损坏或系统有问题出现.而持续在高于色谱柱上限温度下操作使用，持续使色谱柱暴露于有氧环境中(通常由于泄漏)，或者不断分析地样品中有破坏性物质，这些都可能是问题地原因. 色谱柱温度极限一根色谱柱通常有两个温度极限，温度下限和温度上限.如果在低于温度下限地条件下实验，得到地色谱峰又圆又宽(柱效降低).但是色谱柱并不会受到什么损坏.这样并不能发挥色谱柱地正常功能.在达到下限温度或者高于下限温度时，得到地色谱峰会有明显地好转. 温度上限—般有两个固定地数值.较低地是恒温极限，在该温度下色谱柱可以正常地使用，柱流失地寿命不会受到影响.较高地数值是程升极限，在此温度下色谱柱使用时间如果在—分钟内，色谱柱地流失和寿命不会受到太大地影响.但如果持续时间过长，则会增色谱柱加色谱柱地流失，缩短色谱柱地寿命，固定相和熔融石英管地惰性都有可能被破坏.色谱柱容量色谱柱容量是指色谱柱对一种溶质可容纳地最大量值，一旦超过此数值，该溶质地色谱峰就会发生畸变，也就是说该溶质超载.超载地色谱峰并不均衡而且沿固定方向变化.一般我们称之为“鲨鳍”峰.柱超载表现为色谱峰地拖尾.不过以上种种情况对色谱柱本身没有什么影响.柱容量与固定相地极性、膜地厚度、柱内径和溶质保留度等有关.如果色谱柱对一种溶质地容量很高，则表明该溶质与固定相地极性很相似(相似相溶).例如，一根极性柱对极性化合物地容量一定大于对非极性化合物地容量；厚膜和大口径地色谱柱，其相对柱常量也会较高；而溶质地保留度增加会使柱容量降低；如果两种溶质极性类似，后出峰地化合物更容易发生超载现象.。

一. 气相色谱柱的分类色谱柱是由柱管和固定相组成，按照拄管的粗细和固定相的填充方式分为（1）填充柱；（2）毛细管柱。

二. 填充柱气相色谱固定相在影响色谱柱分离效果的诸多因素中选择适当的色谱固定相是关键。

必须使待测各组分在选定的固定相上具有不同的吸附或分配，才能达到分离的目的。

（一）气-液色谱（分配色谱）固定相气-液色谱的固定相是由高沸点物质固定液和惰性担体组成。

1. 担体（或载体）是一种化学惰性的多孔固体颗粒，支持固定液，表面积大，稳定性好（化学、热），颗径和孔径分布均匀；有一定的机械强度，不易破碎。

（1）担体的种类和性能：硅藻土型：红色硅藻土担体—强度好，但表面存在活性中心，分离极性物质时色谱峰易拖尾；常用于分离非、弱极性物质。

白色硅藻土担体—表面吸附性小，但强度差，常用于分离极性物质。

非硅藻土型担体：有氟担体，适用于强极性和腐蚀性气体的分析；玻璃微球，适合于高沸点物质的分析；高分子多孔微球既可以用作气-固色谱的吸附剂，又可以用作气-液色谱的担体。

(2)担体的预处理：除去其表面的活性中心，使之钝化。

酸洗法（除去碱性活性基团）；碱洗法（除去酸性活性的基团）；硅烷化（消除氢键结合力）；釉化处理（使表面玻璃化、堵住微孔）等。

2．固定液——涂在担体上作固定相的主成分（l）对固定液的要求：化学稳定性好：不与担体、载气和待测组分发生反应；热稳定性好：在操作温度下呈液体状态，蒸气压低，不易流失；选择性高：分配系数K 差别大；溶解性好：固定液对待测组分应有一定的溶解度。

（2）组分与固定液分子间的相互作用：组分与固定液分子间相互作用力通常包括：静电力、诱导力、色散力和氢键作用力。

在气-液色谱中，只有当组分与固定液分子间的作用力大于组分分子间的作用力，组分才能在固定液中进行分配。

选择适宜的固定液使待侧各组分与固定液之间的作用力有差异，才能达到彼此分离的目的。

（3）固定液的分类：固定液有四百余种，常用相对极性分类。