色谱柱选择指南
色谱柱选择指南
气相色谱柱（以下简称色谱柱或柱子），是气相色谱（质谱）分析设备的心脏部件。选择一根适用的色谱柱不仅仅 能够对样品进行有效的分离，更是色谱分析结果准确性和可靠性的保证。如果使用了不合适的色谱柱产品，得到的是不 完全的分离结果和不准确的定性定量结果。
大约有10,000种化合物可以用约400种不同种类气相色谱柱进行分离。对于这样数量繁多的应用项目，色谱柱生产制 造厂家需要帮助用户选择到实际需要的产品。GS-TEK通过多年的色谱柱制造和应用经验，可以快速地帮助您选择到合适的色谱柱产品。
色谱柱特性
一根色谱柱的规格描述包括其固定相的种类和内外部尺寸（柱内径、长度和膜厚等）。不同规格指标的色谱柱，对样 品的分离结果影响也不尽相同，如样品分离的洗脱顺序、保留时间、分辨率和峰形/峰高等。另外，在实际分析应用中， 色谱柱的性能指标，如惰性、塔板数和柱流失率等，同样会严重影响到样品的分离结果。不过，无论这些指标是直接地 或间接地影响分析结果的准确性和可靠性，在它们之中，固定相种类还是最重要的和最有效地的影响因素。
固定相
在选择色谱柱时，首先要分析样品的类型以确定使用哪种固定的产品。固定相通常分为三大类：非极性、中等极性和 极性。基于固定相化学组成可以分为硅氧烷型（非极性和中等极性）和聚乙二醇型（PEG或极性）。而根据机理又可分 为WCOT（气-液分配色谱）和PLOT（气-固吸附色谱）。下表列举了常见的固定相种类。
基于相似相容原则，通常来说，非极性色谱柱保留非极性化合物，极性色谱柱保留极性化合物。但是，没有活用这个原则就不可能选择到适用的色谱柱产品。多数样品的组成都很复杂，其中即有非极性化合物，也有极性化合物，如汽 油中就混合着变性乙醇。
在过去的几十年中，所有的GC应用中，非极性色谱柱的使用率高于中等极性柱和极性柱。一般来说，非极性柱，如 GsBP-5MS柱，可以适用超过50%的分析应用中。而极性或非极性柱，如PEG柱，大概适用于25%的分析应用中。像现 今使用非极性色谱柱对溶剂和药物中挥发性化合物进行分析就成为了一种趋势。
通常，我们会先选择非极性色谱柱，而极性色谱柱会选择用于较不复杂的样品（较少种类化合物组成的样品）。在进行分离确认时，对同一样品，一般会同时使用极性和非极性色谱柱。 下表列出了对于不同样品而推荐使用的色谱柱类型。
在选择适用的固定相时，分析设备和分析条件也是需要参考的指标。如检测器的种类、载气和进样体积等。如果我们不考虑对样品选择性和检测灵敏度的影响，那么就使用检测器低响应固定相的色谱柱。比如说含氰基的固定相，像 1301、1701、624等这样的色谱柱就尽量不要与GC-NPD（氮磷检测器）连用。对于超低流失的固定相，如-1MS或-5MS的柱子，因为它们可以保证最低的检测基线和噪声水平，所以在做低或超低检测限样品时，超低流失色谱柱是最好 的选择。如果我们使用的载气不纯，或是设备中有气体泄漏，这样的问题无法解决或无法及时解决，为了不使柱固定相过早的被破坏，高温适用固定相的色谱柱是相对好的选择。另外，除非方法需要，我们尽量选择键合固定相的色谱柱， 对比非键合相和非交联相色谱柱，交联键合固定相色谱柱对样品种类和进样体积的耐受力更强，柱性能下降的最慢。
当遇到复杂的样品，其分离和色谱峰鉴定也都很复杂，一般我们会选择非极性色谱柱，因为相对极性色谱柱来说，样品在非极性色谱柱上洗脱顺序的机理和判定会简单许多。
在做应用方法确证时，我们会同时使用非极性柱和极性柱，对色谱峰鉴定或分离结果进行确证。通常我们做农药分 析方法确证时，选用-5MS和-1701/-35色谱魔王；做残留溶剂分析方法确证时，选用-5MS和-624/-VMS色谱柱；做醇 类或FAME分析方法确证时，选用PEG和含氰基固定相色谱柱；做汽油中氧化物分析方法确证时，选用-1和PEG色谱柱。
色谱柱内径
标准色谱柱内径（ID）尺寸为0.2mm、0.25mm、0.32mm和0.53mm。少数方法会使用到0.1mm和0.8mm内径的 柱子。0.25mm是最常用的色谱柱内径尺寸，而0.53mm的色谱柱通常是替代填充柱用于大体积进样的方法应用。
色谱柱内径的大小对分离效果的影响是明显却矛盾的。越细的色谱柱，其塔板数就越高，柱效就越高，但同时样品 承载容量越小，进样体积就需要减少。当样品量过载时，色谱柱塔板数就会明显下降。所以对于色谱柱内径尺寸，我们 通常选用比较折衷的方案。总体来讲，对应方法应用没有最佳色谱柱内径尺寸的说法。
每行每业对于色谱柱内径一般都有自己的方法参考或内部标准。经验的方法是，对于样品中痕量级杂质的分析，或 是使用顶空进样（Head Space，HS）的应用方法，我们多选用0.53mm内径的色谱柱。如果需要改善分离效果，或是临 界分离的需求，我们多选用小尺寸（0.25mm或0.20mm）的色谱柱。而我们常常会见实验室用到0.32mm内径的色谱 柱，这是因为0.32mm内径色谱柱可以相对兼顾到进样量和柱效。
现今0.25mm内径色谱柱多见于分析方法中，至少在50%的文献中都使用了0.25mm内径的色谱柱产品。这是因为在 环境、食品、农业、制药、工业等诸多行业中，GC-MS的使用率大大增加，而0.25mm内径的色谱柱，特别是MS超低流 失色谱柱产品在GC-MS应用中对柱效和进样量的兼顾性最好。
0.10mm和0.20mm内径的色谱柱产品多用于快速分析方法中。此外，柱子的惰性、柱效和柱流失等同样也能改进 分离分析的结果。比较而言，0.32mm和0.53mm内径的色谱柱，其惰性好于0.20mm和0.25mm内径的色谱柱。所以对 色谱柱惰性要求较高时，大口径的色谱柱是较好的选择。如果分析设备对进样口压力控制有限时，大口径色谱柱是最佳 的选择。如果我们使用的载气纯度不高，或是设备分析条件难以设置或保持，选择较大口径的色谱柱（0.32mm或 0.53mm）可以得到更长的柱寿命。如果对于柱流失有要求，小口径色谱柱和较薄膜厚的色谱柱产品则是最佳的选择。
色谱柱长度
色谱柱的长短直接影响到保留时间（分析时间）和分离效率（塔板数加倍）。实验室用色谱柱长多为5m、7.5m、 10m、12.5m、15m、25m、30m、50m、60m、75m、100m和105m等。最常见的色谱柱长度是30m。
对于快速分析应用来说，除了选择适当的柱内径，柱子长度也短许多（例如5~15m x 0.25mm）。只有这样，才有 可能在最短的时间内，得到最佳的分离效果和分析结果。
如果方法需要改进提高分辨率，较长的色谱柱，如60m或100m，是理想的选择。分辨率与柱长的平方根成正比。 需要注意的是，像一根60m长的色谱柱相对于30m的柱子，其分辨率提高近40%，但分析时间会成倍增长。
在挥发物的分析应用中，为了改善分离效果，常使用较长的柱型，如50m、60m和100m等。在气态样品和精细烃 分析应用中，较长色谱柱的使用较为普遍。
更长的色谱柱会影响柱惰性、柱流失和柱效等多个方面。同时，需要更高的载气压力或更换载气的种类（如把氮气更换成氢气/氦气）。
色谱柱膜厚
商品化色谱柱的膜厚规格一般是0.1um、0.15um、0.25um、0.5um、1.0um、1.5um、3um、5um等等。历史文 献中我们还可以看到诸如0.33um、0.88um和2.65um等这样特殊的膜厚尺寸。现今实验室中最常见的色谱柱膜厚为 0.25um、0.5um和1um。
膜厚规格主要影响两个指标，保留时间和样品负载能力。另外，色谱柱适用温度范围、分析时间和分析结果的准确 性和可靠性等也与膜厚有关。例如一根内径为0.25mm，膜厚为0.1um的色谱柱可以达成快速分离的效果，甚至可以改进 分离分辨率，降低色谱柱的流失，适用于更宽泛的温度范围等。膜厚的规格会影响到色谱柱惰性，而这个指标在有些应 用中是非常重要的。同时膜厚规格对色谱柱样品承载能力的影响也是很明显的。
0.25um x 0.25mm、0.5um x 0.32mm、1um或1.5um x 0.53mm规格的色谱柱在分离效果、保留性能、分辨率、 惰性和柱流失等指标方面较为均衡，常规使用较多。
色谱柱膜厚与柱内径的关系体现在相比（β）上。如果有两根相同相比和固定相的色谱柱，内径不同，在相同的温度 条件下，两根色谱柱的分离效果和保留性能相同或相似。举个例子，在GsBP-5MS 0.25 x 30m x 0.25um（β=250）和 0.53mm x 30m x 0.5um（β-265）上进行同一样品的分析，分离结果与保留时间相似。
色谱柱的定制
如果您没有找到合适于您的商业化色谱柱产品，我们可以为您定制色谱柱。除了固定相种类，我们可以根据您的设 计要求或我们讨论的结果进行定制，包括柱内径、柱长和膜厚等。另外，我们也提供连接不同的色谱柱或加装预柱等服 务。有意向请与我们联系。
样品特性
选择什么样的色谱柱，自然是依据分析样品的种类和性质。一个样品的特性有多种描述方式，下表中列出了一些常用 的选择指导。
小结
● 尽量从方法、规则、实验结果等中搜集相关的信息，这些可以从公开的文献和色谱柱生产制造厂商处获得。
● 了解您的样品和应用需求。
● 可以先使用常规的色谱柱进行分析，如非极性30m x 0.25mm标准尺寸。
● 使用最常规的色谱柱可能完成大多数常规的分离工作，无论是完全或是部分分离。
● 如果遇到问题，针对问题内容可以重复实验，或与色谱柱厂商进行沟通以解决问题，这样即可节省时间，又可以节 省资金。
● 与他人分享您的经验和知识，惠已惠人。
● 优化分离包括柱子的选择不是一个简单的过程，不同品牌不同批次的产品都有可能有不一样的分离效果。所以，请记住，没有完美的色谱柱。