5 分离系统

四.分离系统(色谱柱)

1. 色谱柱工作原理（GC中核心部件）

当流动相中携带的混合物流经固定相时，其与固定相发生相互作用。由于混合物中各组分在

性质和结构上的差异，与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同，随着流动相的移动，混合

物在两相间经过反复多次的分配平衡，使得各组分被固定保留的时间不同，从而按一定次序由固

定相中流出

2.色谱柱分类以及它们差异

色谱柱主要分为填充柱和毛细管柱

下面是填充柱与毛细管柱的比较

色谱柱内径/mm 长度/m 柱材料柱容量载气流速

填充柱2-5 0.5-3 玻璃或金属材质mg 20-30mL/min 毛细管柱0.10-0.80 10-100 熔融石英或不锈钢、聚酰亚

胺涂层

ng 1-10mL/min

注：1. 此外，还有一些综合了填充柱和毛细管柱特点的特殊色谱柱，例如Alltech公司采

用专利技术生产的集束管毛细管柱

2.毛细管柱外层为聚酰亚胺，可修补柱子缺陷（即增强柔韧性）并且增加强度。

3.常见固定液以及色谱柱

表3 常用固定液及相应色谱柱

固定相极性相应色谱柱应用使用

温度

100％二甲

基聚硅氧烷非极性

OV-1,OV-101,

SE-30,DB-1,

HP-1,BP1

常规使用，碳氢化合物，芳香化合

物，农药，酚类，除草剂，胺，脂

肪酸甲酯

0.1-1.0

μm

-60℃

-340/3

60℃

>1.0μ

m

-60℃

-280/3

00℃

5％苯基

-95 ％二甲基聚硅氧烷非极性

SE-54,DB-5,

HP-5,BP5

芳香化合物，农药，杀虫剂，药物，

碳氢化合物

0.1-1.0

μm

-60℃

-340/3

60℃

>1.0μ

m

-60℃

-280/3

00℃

14％氰丙

苯基-86％二甲基聚硅氧烷中等极性

HP-1701,DB-1701,O

V-1701,BP-10

农药，杀虫剂，药物0.25-1.

0μm

-20℃

-280/3

00℃

50％苯基

-50 ％二甲基聚硅氧烷中等极性

HP-50,DB-17,

OV-17

药物，杀虫剂，乙二醇40℃

-280/3

00℃

聚乙二醇极性

HP-20M

(HP-Wax),DB-Wax,B

P20

溶剂，醇类，游离酸，芳香化合物

0.25-1.

0μm

20℃

-260/3

00℃

>1.0

μm

20℃

-240/2

60℃

4.毛细管色谱柱的选择

选择毛细管柱，有四个要考虑的主要参数：固定相、内径、长度和液膜厚度。

4.1 固定相的选择

选择毛细管柱时，最重要的是选择最佳固定相。最可靠的方法是参考色谱柱制造商和供应商、GC 制造商以及出版的文献中所提供应用实例的汇编。尽管可能无法参考确切的实例，但是通常可以得到足够信息来简化决策或减少潜在色谱柱数量。

固定相选择性和极性的概念在选择固定相时非常有用。

选择性决定于溶质和固定相分子的物理化学相互作用力，可以认为是固定相在区分两种溶质分子在其化学或物理性质方面的差异能力。如果固定相和溶质间的相互作用力不同，则可分离。固定液与组分分子间的作用力主要包括：静电力、诱导力、色散力和氢键力。气相色谱试样中各组分通过色谱柱的保留时间与组分和固定液分子间作用力的大小有关，作用力小的组分先流出色谱柱，反之作用力大的组分后流出。

极性决定于固定相的结构，是由取代基团的极性及其相对量确定。极性并不直接与选择性相关，但是会影响化合物保留以及分离。极性确实对分离有影响，但仅是影响峰分离的众多固定相性质之一。

选择固定液时，一般是根据“相似兼容”的选择来选择。即固定相与被分离组分的性质（如极性、官能团、化学键等）越相似之间的作用力就越强，则固定相对其的流动阻力就越大，其保留

4.2 内径

毛细管柱的内径可从0.10 - 0.80 mm。色谱柱内径的大小将影响柱效、保留值、压力、载气流速和柱容量。色谱柱内径的选择概述：

4.2.1如果需要较高的柱效，请使用0.18-0.25 mm内径的色谱柱。0.18 mm 内径的色谱柱十分

适用于泵容量较低的GC/MS系统。直径较小的色谱柱容量最小，并需要最高的柱头压。

4.2.2. 如果需要较大的样品容量，请使用0.32 mm内径的色谱柱。与0.25 mm 内径的色谱柱相

比，此色谱柱通常对不分流进样或大体积(>2 μl)进样时较早流出的溶质有更佳的分离度。4.2.3. 只有在仪器配备大口径直接进样器，且要求柱效较高时，才使用0.45 mm内径的色谱柱。

特别适用于高载气流速的情况，例如吹扫捕集、顶空进样器和阀进样应用。

4.2.4. 只有配备大口径直接进样器时，才使用0.53 mm 内径的色谱柱。特别适用于高载气流速

的条件，例如吹扫捕集、顶空进样器。0.53 mm 内径的色谱柱在恒定的膜厚情况下具有最高的样品容量。

4.3 长度

毛细管柱长度可从10-100m(可根据需要进行裁剪也可大于100 m），普通的一般为30 m。柱长将会影响柱效率、保留（分析时间）和载气压力。色谱柱柱长的选择概述：

4.3.1如果不知道最佳长度，请先使用25-30 米长的色谱柱，多数分析在此长度的柱子上完成。4.3.2. 10-15 米长的色谱柱十分适用于分离含易分离溶质的样品或含溶质较少的样品。内径较小的色谱柱通常长度较短，以便降低柱头压力。

4.3.3. 如果通过其它方法（直径较小的色谱柱、不同的固定相、改变柱温）不能达到满意的分

离度时，应使用50-60 米长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多种溶质的复杂样品。

需要注意的是较长色谱柱的分析时间较长，费用较高。

4.4 液膜厚度

液膜厚度影响柱子的保留特性、分离度和柱容量。色谱柱膜厚的选择概述：

4.4.1. 对于0.18-0.32 mm 内径的色谱柱，平均或标准膜厚为0.18-0.25 μm，可用于大多数分析。

4.4.2. 对于0.45-0.53 mm 内径的色谱柱，其平均或标准膜厚为0.8-1.5 μm，可用于大多数分析。

4.4.3. 厚膜色谱柱用于保留和分离挥发性溶质（如气体）。厚液膜色谱柱惰性更强，容量更大。

厚液膜色谱柱具有较高流失性，使用温度上限也有所降低。

4.4.4. 薄膜色谱柱用于将高沸点、高分子量溶质（如类固醇、甘油三酸酯）的保留时间降至最

小。薄液膜色谱柱惰性更弱、容量更小、色谱柱流失更少。

5.色谱柱老化

色谱柱老化的目的：是彻底柱内残留溶剂和某些挥发性的物质；另一方面是促进固定液均匀牢固地分布在担体的表面上。

5.1使用新毛细管柱前的老化

使用新毛细管柱前，应按照柱子的使用说明进行老化。一般是先在50 ℃柱温下保持1h , 赶走溶剂, 然后以2～3 ℃/ min 的速度程序升温, 当达到固定液允许的最高使用温度老化4h 即可。应当注意的是,一根放置较长时间的柱子, 在使用之前, 也必须按此程序进行老化, 而不可突然将柱温升至很高,防止柱液膜被破坏。

5.2．常用毛细管柱的老化

毛细管柱老化温度不要超过柱子的最高使用温度，其设定如下：

高于最高分析温度20 ºC（例如本实验室分析温度260ºC，色谱柱老化温度280ºC）；

或设为色谱柱的最高使用温度（以低者为准）；

也可以通过下式计算：