“气相色谱柱”的诞生和发展
在历史上,柱工艺开始于填充柱,在GC发展的早期Golay引入的毛细管气相色谱使GC得到了高柱效和高分离度。1979年使用高纯度二氧化硅薄壁毛细管,在管外涂一层聚酰亚胺聚合物进行保护,以免机械损坏,用此工艺制备出来的毛细管可以弯曲成很小的圆环而不折断。在这种熔融石英弹性毛细管柱商品化之后,很容易在实际中使用,它的应用扩展到各个领域,应用数量成指数上升。
色谱柱的研究和应用一直是GC发展的重要课题,近年的发展情况如何?可以从美国分析化学杂志每两年1次的双年度基础分析化学专题文献综述(即每逢双年出版的GasChro-matography)中看出,GC色谱柱发展的趋势有以下特点:
1、GC已经在许多分析实验室起着极为重要的作用,GC的色谱柱制柱工艺已经是一个成熟的技术,所以在制柱工艺方面的研究不够活跃；
2、GC色谱柱的固定相已经研究了上千种以上,而且占主导地位的是带有各种基团的聚硅氧烷；
3、20世纪70~90年代GC毛细管色谱柱柱工艺的研究主要在学校和研究机构进行,而近十年GC毛细管色谱柱的研究和改进集中在色谱柱厂家进行,并立即成为商品柱。
“气相色谱柱”的原理及结构
气相色谱柱的工作原理
色谱柱利用色谱柱先将混合物分离，然后利用检测器依次检测已分离出来的组分。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一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离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，对气液分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，因为亲合力大意味着固定相拉住它的力量大。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。
气相色谱柱的结构
“气相色谱柱”的分类
气相色谱法（Gas Chromatography, 简称GC）亦称气体色谱法，气相层析法。其核心即为色谱柱。
气相色谱柱有多种类型。从不同的角度出发，可按色谱柱的材料、形状、柱内径的大小和长度、固定液的化学性能等进行分类。
色谱柱使用的材料通常有玻璃、石英玻璃、不锈钢和聚四氟乙烯等，根据所使用的材质分别称之为玻璃柱、石英玻璃柱、不锈钢柱和聚四氟乙烯管柱等。在毛细管色谱中目前普遍使用的是玻璃和石英玻璃柱，后者应用范围最广。
对于填充柱色谱, 大多数情况下使用不锈钢柱，按照形状可以分为U型和螺旋型，使用U型柱时柱效较高。
按照色谱柱内径的大小和长度，又可分为填充柱和毛细管柱。前者的内径在2-4mm，长度为1-10m左右；后者内径在0.2-0.5mm，长度一般在25-100m。在满足分离度的情况下，为提高分离速度，现在也有人使用高柱效、薄液膜的10m短柱。
按固定液的化学性能，色谱柱可分为非极性、极性与手性色谱分离柱等。固定液的种类繁多，极性各不相同。色谱柱对混合样品的分离能力，往往取决于固定液的极性。
常用的固定液有烃类、聚硅氧烷类、醇类、醚类、酯类以及腈和腈醚类等。新近发展的手性色谱柱使用的是手性固定液，主要有手性氨基酸衍生物、手性金属配合物、冠醚、杯芳烃和环糊精衍生物等。其中以环糊精及其衍生物为色谱固定液的手性色谱柱，用于分离各种对映体十分有效，是近年来发展极为迅速且应用前景相当广阔的一种手性色谱柱。
在进行气相色谱分析时，色谱柱的选择是至关重要的。不仅要考虑被测组分的性质，实验条件例如柱温、柱压的高低，还应注意和检测器的性能相匹配。
“气相色谱柱”的安装方法
气相色谱仪所使用的色谱柱必须正确安装才能保证发挥其较佳的使用性能和延长其使用寿命。谱析仪器总结了正确的安装，请参考以下步骤：
步骤1、 检查气相色谱仪气体过滤器、载气、进样垫和衬管等检查气体过滤器和进样垫，保证辅助气和检测器的用气畅通有效。如果以前做过较脏样品或活性较高的化合物，需要将进样口的衬管清洗或更换。
步骤2、将螺母和密封垫装在色谱柱上，并将色谱柱两端要小心切平 。
步骤3、将色谱柱连接于进样口上色谱柱在进样口中插入深度根据所使用的GC仪器不同而定。正合适的插入能最大可能地保证试验结果的重现性。通常来说，色谱柱的入口应保持在进样口的中下部，当进样针穿过隔垫完全插入进样口后如果针尖与色谱柱入口相差1-2cm，这就是较为理想的状态。（具体的插入程度和方法参见所使用气相色谱仪的随机手册）避免用力弯曲挤压毛细管柱，并小心不要让标记牌等有锋利边缘的物品与毛细柱接触摩擦，以防柱身断裂受损。将色谱柱正确插入进样口后，用手把连接螺母拧上，拧紧后（用手拧不动了）用扳手再多拧1/4-1/2圈，保证安装的密封程度。因为不紧密的安装，不仅会引起装置的泄漏，而且有可能对色谱柱造成永久损坏。
步骤4、接通载气当色谱柱与进样口接好后，通载气, 调节柱前压以得到合适的载气流速。
(以上仅为建议的起始设置，具体数值要依据实际的载气流速。)将色谱柱的出口端插入装有己烷的样品瓶中，正常情况下，我们可以看见瓶中稳定持续的气泡。如果没有气泡，就要重新检查一下载气装置和流量控制器等是否正确设置，并检查一下整个气路有无泄漏。等所有问题解决后，将色谱柱出口从瓶中取出，保证柱端口无溶剂残留，再进行下一步的安装。
步骤5、将色谱柱连接于检测器上其安装和所需注意的事项与色谱柱与进样口连接大致相同。如果在应用中系统所使用的是ECD或NPD等，那么在老化色谱柱时，应该将柱子与检测器断开，这样检测器可能会更快达到稳定。
步骤6、确定载气流量，再对色谱柱的安装进行检查注意：如果不通入载气就对色谱柱进行加热，会快速且永久性的损坏色谱柱。
步骤7、色谱柱的老化色谱柱安装和系统检漏工作完成后，就可以对色谱柱进行老化了。对色谱柱升至一恒定温度，通常为其温度上限。特殊情况下，可加热至高于最高使用温度10-20℃左右，但是一定不能超过色谱柱的温度上限，那样极易损坏色谱柱。当到达老化温度后，记录并观察基线。初始阶段基线应持续上升，在到达老化温度后5-10分钟开始下降，并且会持续30-90分钟。当到达一个固定的值后就会稳定下来。如果在2-3小时后基线仍无法稳定或在15-20分钟后仍无明显的下降趋势，那么有可能系统装置有泄漏或者污染。遇到这样的情况，应立即将柱温降到40℃以下，尽快的检查系统并解决相关的问题。如果还是继续的老化，不仅对色谱柱有损坏而且始终得不到正常稳定的基线。一般来说，涂有极性固定相和较厚涂层的色谱柱老化时间长，而弱极性固定相和较薄涂层的色谱柱所需时间较短。而PLOT色谱柱的老化方法有各不相同。PLOT柱的老化骤:HLZ Pora 系列 250℃， 8小时以上Molesieve(分子筛) 300℃ 12小时Alumina(氧化铝) 200℃ 8小时以上由于水在氧化铝和分子筛PLOT柱中的不可逆吸附，使得这两种色谱柱容易发生保留行为漂移。当柱子分离过含有高水分样品后，需要将色谱柱重新老化，以除去固定相中吸附的水分。步骤5. 将色谱柱连接于检测器上其安装和所需注意的事项与色谱柱与进样口连接大致相同。如果在应用中系统所使用的是ECD或NPD等，那么在老化色谱柱时，应该将柱子与检测器断开，这样检测器可能会更快达到稳定。
步骤8、设置确认载气流速对于毛细管色谱柱，载气的种类首选高纯度氮气或氢气。载气的纯度最好大于99.995%，而其中的含氧量越少越好。如果您使用的是毛细管色谱柱，那么依照载气的平均线速度（cm/sec）,而不是利用载气流量（ml/min）来对载气做出评价。因为柱效的计算采用的是载气的平均线速度。推荐平均线速度值：氮气：10-12cm/sec 氢气：20-25cm/sec载气杂质过滤器在载气的管线中加入气体过滤装置不仅可以延长色谱柱寿命，而且很大程度的降低了背景噪音。
建议最好安装一个高容量脱氧管和一个载气净化器。使用ECD系统时，最好能在其辅助气路中也安装一个脱氧管。
步骤9、柱流失检测在色谱柱老化过程结束后，利用程序升温作一次空白试验（不进样）。一般是以10℃/min从50℃升至最高使用温度，达到最高使用温度后保持10min。这样我们就会得到一张流失图。
这些数值可能对今后作对比试验和实验问题的解决有帮助。在空白试验的色谱图中，不应该有色谱峰出现。如果出现了色谱峰，通常可能是从进样口带来的污染物。如果在正常的使用状态下，色谱柱的性能开始下降，基线的信号值会增高。另外，如果在很低的温度下，基线信号值明显的大于初始值，那么有可能是色谱柱和 GC系统有污染。其他：色谱柱的保存用进样垫将色谱柱的两端封住，并放回原包装。在安装时要将色谱柱的两端截去一部分，保证没有进样垫的碎屑残留于柱中。
注意：当空气中氢气的含量在4-10%时，就有爆炸的危险。所以一定要保证实验室有良好的通风系统。
“气相色谱柱”的使用注意事项
气相色谱柱常见注意事项
1、气相色谱柱在领取安装及使用过程中应避免碰撞、强烈震动、小角度弯曲致使断裂。
2、安装气相色谱柱时，从隔垫中拔出柱子并穿过石墨密封垫后，为防止污染，要用柱切割器除去柱两端各2-4厘米，并保持切口平整。再按照不同的色谱仪要求伸进进样口、检测器合适的长度，拧紧螺丝。注意螺丝不要拧太紧，防止挤碎石墨密封垫，堵塞进样口。
3、安装柱子时注意不要把柱子的任何部位和柱温箱接触，以免造成柱子损伤。
4、切勿在没有通载气的情况下使用柱子，防止固定液流失、氧化。
5、切勿在使用中实际温度超过柱子的最高使用温度，一般要低于柱子的最高使用温度20℃以下。
6、避免无机或矿物酸碱进入色谱柱，积累在色谱柱前端，破坏固定相，造成固定液流 失，影响分离效果。包括：盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、氢氧化钠、氢氧化钾等。
7、切勿随意用溶剂冲洗色谱柱，事先必须确认色谱柱是健合、交联的固定相才可以冲洗，否则会严重损坏这一色谱柱。例如：SE系列色谱柱就是非健合、交联的固定相，SE-30、SE-54等。
8、色谱柱一经使用，就具有方向性，切勿在安装柱子时把其进样口端与检测器端接反。
9、从仪器上取下的气相色谱柱应放入其相对应的盒子中，把隔垫插在柱子两端，要避免碎屑进入柱子，并放到原来的储存柜中。
10、项目结束后，对色谱柱应进行适当的老化处理，再归存色谱柱。
气相色谱柱老化注意事项
1、老化温度的选择
一般情况下，老化温度控制在方法最高分析温度和色谱柱恒温温度上限之间。老化温度 也可设置成比色谱柱恒温温度上限低20-30℃；或者比方法最高分析温度高20-30℃。需要注意的是每根气相柱都有它所能耐受的温度限值，老化之前需要详细阅读色谱柱包装盒或者说明书。老化过程中，一旦超过色谱柱温度限值，就会导致固定相流失，缩短使用寿命。所以对老化温度的要求就是在能保证去除杂质和污染物的前提下，温度越低越好。
2、老化时间
具体的老化过程一般设置为程序升温（缓慢升温至设定的老化温度），比如：初始温度35℃，2-5℃/min，升温至老化温度，保持0.5-2h，具体老化时间可根据杂质去除效果来定。
3、防止氧气进入色谱柱
因为在高温条件下，伴随着氧气的存在，固定液很容易被氧化，稳定的硅烷键会发生断裂，会造成很严重的柱流失以及柱效下降。所以为了避免氧气进入色谱柱，需要注意以下几点：
● 将色谱柱进气端与仪器进样口连接好，色谱柱末端置于酒精中，通载气，观察是否有连续气泡。如果没有，需检查色谱柱是否发生中部断裂、安装是否牢固、系统是否漏气。
● 将载气流速设置成正常工作值，进样口、柱温箱、检测器（如果连接检测器）设置为35℃或者关闭仪器温度控制系统，室温条件下通载气15-30min，置换掉仪器系统和色谱柱中可能存在的氧气。
● 确保仪器其他接头处正确安装，并进行检漏。
4、避免污染
一般情况下，为了避免对检测器造成污染，不建议老化的过程中连接检测器。常规的操作是使用实心压环堵住检测器下端，并关闭温度。若连接检测器，对于FID检测器，不用点火，也不必开空气和氢气；如果是ECD检测器，需要设定尾吹气，避免过多的热量和温度传递给ECD，保证检测器内部放射源的安全。除此之外，禁止使用氢气来老化色谱柱，避免由于氢气泄露在柱温箱内部聚集，而引起爆炸。
5、老化之前需进行相关维护
对于长期使用的色谱柱或者进行过复杂基质和大量样品分析的色谱柱，老化是为了去除残留的部分污染物。这部分污染物一般属于沸点较高的化合物，常常聚集在色谱柱的柱头，比如样品中的蛋白质、色素、胶状物等等。为了避免柱头的污染物继续向色谱柱内部转移，而又不能完全从色谱柱内部排出，在老化之前应对色谱柱进行切割，适当截去一部分色谱柱。此外，还需对进样口衬管、石英棉、进样隔垫进行维护，避免在老化过程中对色谱柱造成二次污染。总的来说，去除污染源，再进行色谱柱的老化才是有意义的。
“气相色谱柱”的选择
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。
膜厚的选择：
薄膜比厚膜洗脱组分快、峰分离好、温度低。一般而言，色谱柱的膜厚为到μm。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μm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～μm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。
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。柱长度在柱性能上不是一个重要参数，例如：加倍柱长，恒温分析时间则加倍但峰分辨率仅增大约40%。如果分析只是比较好但不是特别好时，有比增加柱长度更好的办法来改进分析结果，如考虑更薄的膜，优化载气流量或用程序升温等。
分析活性极强的组分是一种特殊情况。如果样品与柱材质接触，那么峰会严重拖尾。较厚的膜、相对短的柱可以由于较少的柱材和较厚的固定液体掩盖其表面以屏蔽活性表面,从而减少相互作用的机会。
内径选择：
增加直径意味着需要更多的固定相，即使厚度不增加，也有较大的样品容量。同时也意味着降低了分离能力且流失较大。小口径柱为复杂样品提供了所需的分离，但通常因为柱容量低需要分流进样。如果分离度的降低能够接受的话，大口径柱可以避免这一点。当样品容量是主要的考虑因素时，如：气体、强挥发性样品、吹扫和捕集或顶空进样，大内径甚至PLOT柱可能比较合适。
同时色谱柱内径的选择中要考虑仪器的限制和要求，填充柱的进样口可以使用大口径毛细管柱（内径），而小口径柱不一定能够连接在仪器上使用。毛细管柱的进样口一版可以用于所有内径范围的毛细管柱。直接联用的GC/MSD和MSD需要小口径柱，因为真空泵不能处理大口径柱的大流量。
气相色谱仪（山东博科代理）
声明：本文章来源的稿件均为转载，仅用于分享，如涉及版权等问题，请尽快联系我们，我们第一时间更正，谢谢！
