了解气相色谱的核心部件—气相色谱柱，第 2 部分

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2013/12/08

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气质联用（GCMS）

（了解气相色谱的核心部件 — 气相色谱柱，第 1 部分http://bbs.instrument.com.cn/shtml/20130930/4993060/）

了解气相色谱的核心部件—气相色谱柱，第 2 部分

上次，在本概述的第 1 部分中我们重点介绍了气相色谱柱的开发、制造和测试。在第 2 部分中，我们将讨论固定相涂层和质量控制。

图 1. 气相色谱柱固定相的使用百分比 [1]

固定相涂层的重要性

固定相决定了色谱的分离度和重现性，因此涂敷步骤对于色谱柱的总柱效及其具体应用具有重要意义。固定相应当具有一致的厚度、均匀性和对内壁的粘着力。这样才能确保色谱柱在程序升温循环或溶剂和样品进样时不会发生干扰。现代的固定相通常通过交联实现固定，交联固定相比非交联固定相具有更高的稳定性，并且可以在色谱柱使用后用溶剂清洗受污染的色谱柱。

根据应用选择合适类型的固定相。常见的固定相如图 1所示。

最常用的固定相为聚合物固定相。为了确保当前气相色谱柱涂层所用的聚合物与数月前乃至数年前所用的聚合物相一致，许多制造商会在聚合物用于色谱柱涂层之前对其进行合成、纯化和预测试。对于共聚物而言，控制替代物百分比对于确保色谱柱具有可重现的保留特性至关重要。除去较低分子量的部分尤其重要，因为这些部分会引起色谱柱流失（尤其在高温下）。一旦认为聚合物可以接受，则应当将其与适当的溶剂混合至合适的浓度，因为这一组成将会决定固定相的膜厚度。

成功完成涂敷的各种方法和步骤

涂敷气相色谱毛细管柱的方法包括动态方法和静态方法。表 1 显示了这两种工艺如何沉积涂层，影响各个方法中膜厚度的因素以及各自的用途和优点。

涂敷类型	方法	膜沉积	膜厚度	优点	用途
动态	将包含固定相的溶剂注入色谱柱的一端并在一定压力下使溶液以恒定流速穿过色谱柱。	当溶液穿过色谱柱时，涂层会留在色谱柱上。	受到溶液组成、表面、固定相和溶剂的物理性质及其他因素的影响。	制造速度快。	主要用于 PLOT 色谱柱，几乎不用于 WCOT 毛细柱。
静态	使用溶解于一定浓度（足以得到所需膜厚度）挥发性溶剂中的固定相将色谱柱填满。然后密封一端，对毛细管进行抽吸。	随着溶剂从毛细管柱后部被抽出，涂层将沉积到溶剂前方。	与溶剂中固定相浓度和管路直径呈正比。	柱重现性高。	WCOT 毛细柱。

表 1. 固定相涂敷方法

固定相可使用动态或静态涂敷方法，在涂敷过程中进行原位固定或交联。这一工艺必须在无氧条件下进行，以确保得到稳定、惰性的固定相。在另一个方法中，可通过首先沉积单体，再通过加热或催化在管壁表面聚合，形成固定相。该工艺将固定相锁定在内壁上，然后使其固定。它还可以同动态或静态应用方法相结合。

论采用何种工艺，不论色谱柱内径 (id) 多大，控制相比率 (β) 都至关重要。如果不同色谱柱的内径不同，可通过调节膜厚度以获得恒定的相比率 β。毛细管的一般容差为 +/- 6 µm，对 0.53 mm 毛细柱而言，差异为 1.1%；但对 0.25 mm 毛细柱而言，差异则为 2.4%。

待固定相完成键合或固定后，必须通过冲洗除去未反应的聚合物，然后除去清洗溶剂。可采用缓慢加热色谱柱同时通入惰性气体的方法除去溶剂。最后，在无氧气体流过色谱柱的同时将色谱柱加热至其上限温度。

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第1楼2013/12/08

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控制质量并确保不同色谱柱之间具有可靠一致的性能

严格的质量测试可以确保不同色谱柱之间具有可靠一致的性能，因此必须使用有效的测试混标评价色谱柱的流失性能、理论塔板数和保留指数。表 2 列出了典型的测试混标。当然，应当牢记，任何单组混标都不足以测试所有应用的所有色谱柱。对于要求极为苛刻的应用而言，例如质谱 (MS) 相，“优级”色谱柱与相似设计的“标准”色谱柱相比，一般需要使用更多的测试混标，并且在测试混合物中可能需要采用更强大的活性混标。优级和“专用”应用色谱柱（例如半挥发性或 PONA 色谱柱）还应当使用针对目标分析物的更严格的质控规范进行二次质量控制测试。

化合物类别	代表性测试混标	目的
烃类	十一烷，十三烷，十四烷，十五烷	分离效率和保留特性
醇类	1-十二醇	活性，保留指数，峰高比
FAME，PAH	癸酸甲酯，苊烯	保留指数
酸类	4-氯酚	酸性特性，峰高比
碱类	1-癸胺	碱性特性，峰高比

表 2. 用于色谱柱表征的测试混标

所有的色谱柱测试都应在恒温条件下进行。恒温测试比程序升温测试更加严格，因为程序升温测试容易使色谱柱锐化并掩盖问题。

柱效通过保留特性良好的化合物（例如k 值高于5 的十五烷）的每米塔板数进行衡量。选择较小的 k 值能够提高塔板数，但无法测得真实的柱效。

使用具有不同官能团的不同测试混标对色谱柱的选择性进行测量。采用具有无空间位阻官能团的测试混标测量色谱柱的惰性。这会使固定相与毛细管壁的相互作用最大化。惰性的最佳衡量方法是烃类与包含极性官能团的化合物之间的峰高比。烃类的色谱峰不受活性表面的影响，而极性化合物的色谱峰则受活性表面影响。1-十二醇/十四烷、1-癸胺/十四烷和 4-氯酚/十三烷的峰高比是衡量色谱柱惰性的有效方法。

为获得柱流失特性，会运行从 50 °C 升温到色谱柱最高操作温度的温度程序。对于典型的气质联用系统，5% 二苯基/95%二甲基聚硅氧烷柱在此温度范围内使用火焰离子化检测器时的流失指标低于 4 pA。

专用色谱柱需要针对具体应用进行测试

针对具体应用的色谱柱（例如用于环境方法的农药分析柱或半挥发性化合物分析柱），通常使用目标化合物和应用所用的典型检测器进行测试。例如，对于氯代农药，将使用电子捕获检测器，样品则采用来自于美国国家环保局方法 608 或 8081A 列表中的 CLP 测试农药的样品。对于初步分析和确认双色谱柱而言（例如用于血液中酒精分析的色谱柱），每根色谱柱须单独进行测试，确保其能够满足要求苛刻的分离挑战（例如乙醇/丙酮对）。

查找最适合您应用的色谱柱

WCOT 气相色谱毛细柱以其严格控制的制造工艺和质量控制，能提供无障碍操作及可重现的、可靠的分离。安捷伦色谱柱经过严格的测试混标的全面测试，每根色谱柱都随附了测试数据表，可确保色谱柱能实现预期的分析性能。

安捷伦可以制造全系列的色谱柱，包括超高惰性柱、毛细柱、填充柱、低流失气质联用柱、聚硅氧烷柱、PEG 柱、专用柱和 PLOT 气相色谱柱，可满足您所有的气相色谱要求。

本文改编自 Vickers 等人发表的 “The Art and Science of gc Capillary Column Production” （气相色谱毛细管柱生产的艺术与科学）《LC.gc》2007 年 7 月 1 日号。

参考文献