液相色谱柱基础知识

有关色谱柱的内容，我们做过打开色谱柱知识“魔法口袋”、如何选择液相色谱柱保护柱？、色谱柱的使用和维护12要点、你可能遇到的360°全景式色谱柱问题、色谱柱保养心得等内容，今天我们把有关色谱柱的相关知识进行梳理，打包奉上，以飨各位。

今天推送的主要内容包括：

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液相色谱柱基本理论知识

常用液相色谱柱维护与保养

液相色谱柱常见问题分析与解决方案

因内容较多，为了方便小伙伴们阅读，我们进行了拆分，变为本期的三篇推送。

下面，让我们先来学习基本理论知识——

液相色谱柱基本理论知识

（一）液相色谱仪与液相色谱柱

液相色谱仪由高压液体泵分离系统、检测器及液相色谱柱（含柱温控制系统）等三部分组成。其中液相色谱柱的正确使用，是液相色谱工作的关键，也是采用液相色谱方法获得准确实验数据的必由之路。

一套无论多么完美的液相色谱仪，如果得不到优质的色谱柱支持，也只能成为一台液体输送泵而已，毫无价值可言。反之，一根无论多么好的色谱柱，如果得不到完美的液相色谱仪的控制，其作用与价值也会大打折扣。所以，液相色谱仪的性能决定了液相色谱的技术控制性能和数据采集与处理性能；液相色谱柱的性能直接关系到分离分析的准确性与适用性，必须达到很高的性能才能为科学实验提供强有力的数据支持。二者必然相互影响相互促进。

（二）液相色谱柱的结构及主要功能

液相色谱柱由柱管、压帽、卡套（密封环）、筛板（滤片）、接头、螺丝（封头）与柱填料等组成。

♬ 柱管：多用不锈钢制成，若果使用时柱压不高于70kg/cm2时，也可采用厚壁玻璃或石英管，管内壁要求有很高的光洁度。用于柱填料的装填。

♬ 压帽：即色谱柱两端套合于柱管端外壁的塑性圆柱帽，中部有小孔，多为聚四氟乙烯制成，用于固定筛板。

♬ 密封环：位于接头螺旋环内壁的弹性环，多为聚四氟乙烯制成，用于色谱柱两端压帽与柱外壁的密封。

♬ 筛板：位于色谱柱两端紧贴柱管端的筛网状薄片，由烧结不锈钢或钛合金制成，孔径取决于填料粒度，一般为0.2~20&um(5~10&um)。用于防止填料从柱管内漏出。

♬ 接头：柱两端连接流动相与柱管的中空环套，由不锈钢制成。用于柱管路联通与柱端高压固定。

♬ 封头：柱两端的密封螺丝，用于保存色谱柱时封头。

♬ 柱填料：装填于柱管内的固定相担体，其直接决定了色谱柱的类型与用途，是色谱柱的核心。多为无定形或球形硅胶基质，也有环糊精、活性炭、聚苯乙烯-二乙烯基苯、聚甲基丙酸酯、氧化铝等基质。用于色谱分离。

（三）液相色谱柱的分类及应用范围

分类方法很多，可按键合相类型、用途（分析型与制备型）、基质种类等进行分类。

1 硅胶基质柱（4大类）

目前，分析型液相色谱柱多为硅胶基质柱，细分为：

♬ 高纯硅胶柱：以高纯度硅烷化硅胶（Silica）为填料，应用范围较广，但只能在PH2.0-7.5，小于60度的条件下使用。又由于强极性硅羟基（Si-OH)的次级保留效应较强，所以应用受到局限，已被键合相柱所取代。

♬ 反相硅胶柱：是以硅烷化硅胶为基质，表面键合弱极性官能团的固定相。目前多用C18（ODS）、C8（MOS）、C4（B）、C6H5（phenyl，苯基）等。用于分离大多数有机化合物，应用范围最广。

♬正相硅胶柱：是以硅烷化硅胶为基质，表面键合极性官能团的固定相。目前较多的为：NH2—（氨基）、CN—（氰基）、DIOL（二羟基，也常做HILIC单独分类列出，多用于分离有机酸、蛋白质等）。多用于分离光学异构体和反相柱子不能分离的极性比较大的物质。

♬ 离子交换柱：是以硅烷化硅胶为基质，以磺化交联键合强阳/阴离子基团（磺酸盐/季铵碱）的固定相，又分为强酸性、强碱性、弱酸性、弱碱性等不同规格。用于分离解离性较强的有机盐类化合物。（注意：不要同离子色谱混淆，离子色谱主要是分离无机盐类化合物或某些带点离子。）

2 聚合物基质柱

聚合物基质柱是指采用聚苯乙烯—二乙烯基苯、聚甲基丙烯酸脂、多孔性微球蛋白等聚合物凝胶作为主要填料的一类色谱柱。其相对于硅胶柱具有更强的疏水性及更宽泛的pH范围（1.0～14.0），但柱效较低，目前主要应用于凝胶渗透色谱（GPC）、凝胶过滤色谱（GFC）及分子排阻色谱（MEC）。主要用于分离蛋白质类等大分子化合物。

3 其他无机物填料柱

这类色谱柱仅限于特殊用途，主要有石墨化碳、氧化铝（Al2O3）、氧化锆（ZrO2）等填料。不需要进行表面改性，其自身表面即可对各类化合物有强保留。可在任意pH（氧化铝除外，不能大于12.0）及高温度（可达100℃）下使用。其中，石墨化碳填料柱能分离多种化合物，主要用于分离几何异构体；氧化铝柱刚性强，柱床稳定，可分离多种化合物且多用于制备色谱；氧化锆柱较氧化铝柱有更强的pH适用范围及能耐受更高的温度，但其应用尚待进一步研究。

4 建立色谱柱档案

应同色谱仪器档案一样重视色谱柱档案，主要内容包括：品牌、型号、系列号、购进日期、购进发票、使用记录（使用日期、使用人、使用目的、使用情况）、维护保养记录（老化时间、老化人、故障现象、故障原因、处理方法、处理结果及附图）等，并以档案盒形式保存，最好做到专柱专用。

（四）液相色谱柱的应用范围及特点

1 反相色谱柱

2 正相色谱柱

3 聚合物基质柱

单独的聚苯乙烯类填料柱主要用于分离蛋白质类等大分子化合物，多用于GPC、GFC、MEC等；若与离子交换基团共键则形成离子交换柱，用于分离酸性化合物（磺酸基团）、碱性合物（季铵基团）及药物代谢产物等。特点：在1＜PH＜13的流动相中稳定；分离峰形较好，柱子寿命较长。

4 其他无机物填料柱

如氧化铝、石墨化碳、氧化锆、硅藻土等，主要作制备色谱用。 

（五）液相色谱柱分离机理

（六）液相色谱柱制备工艺简述

不同品牌色谱柱制备工艺各异，但都可归纳为如下流程（以硅胶柱为例）：

硅烷化硅胶制备（四乙氧基硅烷脱乙基与聚合）→Si-OH 基暴露（ 脱乙基，置换成H）→海绵状多孔硅胶构造（物理匀质过程）→官能团键合（各种官能团与Si-OH键合）→端基封口（对残余的Si-OH用小分子的氯-甲基、氯-乙基键合 ）→润湿混合（加乙醇等调匀，其配方各厂家均有ZL保护）→装填（机械装填或手工装填，层层装填，压紧，润湿）→高压平衡（轴向加压或径向加压，各厂家均有ZL保护）→干燥（此步为关键工艺步骤，各厂家均有ZL保护）→削平→组件安装→预平衡→柱效测试流动相平衡→柱效测试→封口→包装