填充氣相色譜柱簡(jiǎn)稱(chēng)填充柱，在實(shí)際工作中應用非常普遍，日常色譜工作的80%都是采用填充柱完成的。色譜柱主要由柱管和固定相組成。而固定相是色譜柱中最為關(guān)鍵的部分，根據所填充的固定相的情況來(lái)分，氣相色譜的固定相主要分為固體固定相和液體固定相。下面分別對相關(guān)內容進(jìn)行討論。
一、填充柱柱管的選擇與處理
柱管材料的選擇應依據分析樣品的性質(zhì)和實(shí)驗的操作條件而定。填充色譜柱的柱管有不銹鋼管、銅管、鋁管、銅鍍鎳管、玻璃管以及聚四氟乙烯管等。銅管和鋁管由于催化活性太強，并且容易變形，現已不太常用。若待分析的樣品容易分解或具有腐蝕性，應考慮使用玻璃管或聚四氟乙烯管。玻璃柱具有化學(xué)惰性好，制備的柱子柱效高，便于觀(guān)察柱子情況，使用溫度范圍較寬等優(yōu)點(diǎn)，但它也有易碎的缺點(diǎn)。聚四氟乙烯管的優(yōu)點(diǎn)是耐腐蝕，缺點(diǎn)是不耐高溫高壓。在填充柱中最為常用的不銹鋼管，其最大優(yōu)點(diǎn)是不破碎，傳熱性能好，柱壽命長(cháng)，能滿(mǎn)足常見(jiàn)樣品的分析要求。缺點(diǎn)是內壁較為粗糙，有活性，較難清洗干凈。
填充柱的柱管在使用前應該經(jīng)過(guò)清洗處理。不銹鋼柱管的清洗方法為：1、先用10%的熱的氫氧化鈉水溶液浸泡，除去管內壁的油污，然后用自來(lái)水洗至中性。2、根據情況，可選用1：20的稀鹽酸水溶液重復處理一次，以降低柱內壁的吸附作用。玻璃柱的清洗方法：1、用冼液浸泡，除去管內壁的油污，然后用自來(lái)水洗至中性。2、為減少玻璃柱內壁的活性，可用5%二甲基二氯硅烷的甲苯溶液浸泡處理，然后用甲苯和甲醇分別沖洗干凈。
分析用的填充柱內徑一般為2～4mm，長(cháng)度一般小于10m。柱子的形狀可以是螺旋形的，也可以是U型的。U型柱易獲得較高的柱效，若是使用螺旋型的柱，應注意柱色譜柱圈直徑的大小對柱效會(huì )產(chǎn)生一定的影響，一般柱圈的圈徑應比柱管的內徑大15倍。
色譜柱管也存在漏氣的現象，為此可對色譜柱管進(jìn)行檢漏。檢漏方法較為簡(jiǎn)單，將柱管泡在水里，堵死柱的一端，在另一端通氣，若無(wú)氣泡冒出則說(shuō)明柱子無(wú)泄漏現象。
二、氣固填充氣相色譜柱固定相
采用固體物質(zhì)做固定相，這些固體物質(zhì)包括具有吸附活性的無(wú)機吸附劑、高分子多孔微球和表面被化學(xué)鍵合的固體物質(zhì)。
（一）無(wú)機吸附劑
這一類(lèi)吸附劑包括具有強極性的硅膠、中等極性的氧化鋁、非極性的碳素和有特殊吸附作用的分子篩。這類(lèi)固定相的最大特點(diǎn)是無(wú)高溫流失，它們大多數能在高溫下使用，吸附容量大，熱穩定性好，是分析永久性氣體及氣態(tài)烴類(lèi)混合物理想的固定相，但因為品種較少，故應用范圍有限。使用這類(lèi)固定相一般應注意：1、吸附劑的吸附性能與其制備活化條件關(guān)系密切，制備方法不同，活化條件不一樣，都會(huì )引起色譜柱性能較大的差異。不同來(lái)源的同種產(chǎn)品，或者同一來(lái)源的非同批產(chǎn)品，其吸附性能都有可能存在較大的差異。2、一般具有催化活性，不宜在高溫和存在活性組分的情況下使用；3、吸附等溫線(xiàn)通常是非線(xiàn)性的，進(jìn)樣量大時(shí)易出現色譜峰不對稱(chēng)。
1、硅膠
硅膠是一種氫鍵型的強極性固體吸附劑，可用于分析N2O、SO2、H2S、SF6、CF2Cl2以及C1～C4烷烴等物質(zhì)。硅膠的分離能力主要取決于孔徑大小和含水量，用前需要經(jīng)過(guò)處理。處理方法：對色譜專(zhuān)用硅膠，可在200℃下活化處理2小時(shí)后使用；如果使用的非色譜專(zhuān)用硅膠，則需先將硅膠用6mol/L的鹽酸浸泡2小時(shí)，然后用水沖洗至無(wú)Cl-。晾干后置于馬弗爐內，在200～500℃灼燒活化2小時(shí)后降溫取出，儲于干燥器中備用。
2、氧化鋁
色譜用的氧化鋁主要為γ型，具有中等極性，主要用于分析C1～C4烴類(lèi)及其異構體，在低溫下也能用于分離氫的同位素。氧化鋁具有很好的熱穩定性和機械強度，但其活性隨含水量有較大的變化，故使用前通常需對其進(jìn)行活化處理（在450～1350℃下灼燒兩小時(shí)）。為保持使用過(guò)程中的含水量，可將載氣先通過(guò)含結晶水的硫酸鈉（或硫酸銅）后再進(jìn)入色譜柱。經(jīng)過(guò)氫氧化鈉處理改進(jìn)的氧化鋁，能在320～380℃柱溫下分析C36以下的碳氫化合物，峰形很好。
3、碳素
碳素是一類(lèi)非極性固體吸附劑，主要是活性碳、石墨化碳黑和碳分子篩等品種?；钚蕴际菬o(wú)定性碳，具有微孔結構，比表面積大（800-1000m2/g），可用于分析永久氣體和低沸點(diǎn)烴類(lèi)。若涂少量固定液，可用來(lái)分析空氣、一氧化碳、甲烷、二氧化碳、乙炔、乙烯等混合物。石墨化碳黑是碳黑在惰性氣體保護下經(jīng)高溫煅燒而成的石墨狀細晶，特別適用于分離空間和結構異構體，也可用于分析硫化氫、二氧化硫、低級醇類(lèi)、短鏈脂肪酸、酚、胺類(lèi)。上述兩種碳素固定相用前都需要進(jìn)行活化處理。方法是先用等體積的苯（或甲苯、二甲苯）沖洗2～3次，然后在350℃通水蒸氣洗滌至無(wú)渾濁，最后在180℃下活化2小時(shí)即可使用。
碳分子篩又稱(chēng)為碳多孔小球，是聚偏二氯乙烯經(jīng)高溫熱解處理后的殘留物，比表面積800-1000m2/g，孔徑約1.5～2nm，主要用于稀有氣體、空氣、二氧化碳、氧化亞氮、C1～C3烷烴類(lèi)分析。多孔碳黑國內外都有商品出售，如國內的TDX-01和TDX-02，國外的Carbon Sieve B等都屬此類(lèi)。使用前通常在180℃下通氮氣活化3～4小時(shí)，降溫后存于干燥器內備用。
4、分子篩
分子篩是一類(lèi)人工合成的硅鋁酸鹽，它具有分布均勻的孔穴。分子篩的性能主要取決于孔徑的大小和它的表面特性，當試樣分子經(jīng)過(guò)分子篩時(shí)，比孔徑小的分子可以進(jìn)入孔內，比孔徑大的分子則被排除在外。常用的有4A、5A、13X三種類(lèi)型，前面的數字表示分子篩的平均孔徑，如4A表示孔徑為0.4nm。主要用于H2、O2、N2、CO、CH4以及低溫下分析惰性氣體。
分子篩使用中的注意事項：1、它極易因吸水而失去活性，因此用前須在550～600℃進(jìn)行活化或在減壓條件350℃下活化2小時(shí)，降溫后儲存于干燥器內。使用過(guò)程中須對載氣進(jìn)行干燥處理，樣品中有水分也應設法除去。2、氨、甲酸、二氧化碳等會(huì )被分子篩不可逆吸附。3、可以從氧氮的分離情況來(lái)判斷分子篩是否失效，失效后的分子篩可以重新活化使用。
（二）高分子多孔小球
主要有國內的ＧＤＸ型高分子多孔微球，國外Ｐorapak系列等。主要優(yōu)點(diǎn)有：一是吸附活性低、易獲得對稱(chēng)峰，二是對含羥基的化合物具有相對低的親和力，羥基作用力赿強，親和力赿弱。在非極性固定相上的出峰順序基本上按分子量大小分離，特別適合于有機物中痕量水的快速測定；三是可選擇的范圍大，不僅可以直接使用，還可以涂上固定液，從而增加色譜柱的選擇性。
（三）鍵合固定相
以一種表面孔徑粒度可以人為控制的球形多孔硅膠為基質(zhì)，利用化學(xué)反應把固定液鍵合于載體表面制成的鍵合固定相。它具有良好的熱穩定性，適合于做快速分析，對極性組分和非極性組分都能獲得對稱(chēng)峰，而且耐溶劑抽提。
三、氣液色譜固定相
氣液色譜填充柱中所用的填料是液體固定相。它由惰性的固體支持物（載體，又叫擔體）和其表面涂漬的高沸點(diǎn)有機物液膜（固定液）所構成。
（一）擔體
1、擔體的要求
擔體是一種多孔性化學(xué)惰性固體，在氣相色譜中用來(lái)支撐固定液。對擔體有如下幾點(diǎn)要求：
（1）表面積較大；
（2）具有化學(xué)惰性和熱穩定性；
（3）有一定的機械強度，使涂漬和填充過(guò)程不引起粉碎；
（4）有適當的孔隙結構，利于兩相間快速傳質(zhì)；
（5）能制成均勻的球狀顆粒，利于氣相滲透和填充均勻性好；
（6）有很好的浸潤性，便于固定液的均勻分布。
完全滿(mǎn)足上述要求的擔體是困難的，人們在實(shí)踐中只能找出性能比較優(yōu)良的擔體。
2、擔體的分類(lèi)
通常分為硅藻土和非硅藻土兩大類(lèi)，每一類(lèi)又有幾種小類(lèi)。
（1）、硅藻土類(lèi)型：
白色的：表面積小、疏松、質(zhì)脆，但它的表面吸附作用和催化作用較小，能用于高溫分析，應用于分析極性組分時(shí)易獲得對稱(chēng)峰；
紅色的：有較大的表面積和較好的機械強度，但吸附性較大。
一般常用的擔體中，白色硅藻土擔體有：101擔體、102擔體、celite545，紅色硅藻土擔體有：201擔體、 6201擔體、Ｃ－22保溫磚。
（2）非硅藻土類(lèi)型：
氟擔體：表面惰性好，可用來(lái)分析強極性和腐蝕性物質(zhì)，但表面積小，機械強度低，對極性固定液的浸潤性差。
玻璃微球：表面積小，柱負荷量小，柱壽命短，其優(yōu)點(diǎn)是能在較低的柱溫下分析高沸點(diǎn)物質(zhì)，使某些熱穩定性差但選擇性好的固定液獲得應用。
多孔性高聚物小球：機械強度高，熱穩定性好，吸附性低，耐腐蝕，分離效率高，是一種性能優(yōu)良的新型色譜固定相。
碳分子篩：中性，表面積大，強度高，柱壽命長(cháng)，在微量分析上有優(yōu)越性。
活性碳：可以單獨做為固定相。
沙：主要用于分離金屬。
3、擔體的處理
常用的擔體表面并非惰性，它具有不同程度的催化作用和吸附性（特別是固定液含量低時(shí)和分離極性物質(zhì)時(shí)），會(huì )造成峰拖尾和柱效下降，引起保留值改變等，因而需要預處理。一般的處理方法有：
（１）酸洗法：用濃鹽酸加熱處理?yè)w20－30分鐘，然后用自來(lái)水沖洗至中性，再用甲醇漂洗，烘干備用。此法主要除去擔體表面的鐵等無(wú)機物雜質(zhì)。
（2）堿洗法：用10％氫氧化鈉或5％氫氧化鉀的甲醇溶液浸泡或回流擔體，然后用水沖洗至中性，再用甲醇漂洗，烘干備用。堿洗的目的是除去載體表面的酸性作用點(diǎn)，適于胺類(lèi)等堿性化合物的分析。但往往在表面上殘留微量的游離堿，它能分解或吸附一些非堿性物質(zhì)，使用時(shí)要注意。
（3）硅烷化：用硅烷化試劑和擔體表面的硅醇、硅醚基團起反應，除去表面的氫鍵結合能力，使表面惰化，改進(jìn)擔體的性能。方法是將載體用5%~8%硅烷化試劑的甲苯溶液浸泡或回流，然后用無(wú)水甲醇洗至中性，烘干備用。常用的硅烷化試劑有二甲基二氯硅烷、三甲基氯硅烷和六甲基二硅胺烷。
（4）釉化：把欲處理的擔體在2.3％的碳酸鈉－碳酸鉀（1：1）水溶液中浸泡一天，烘干后先在870度下煅燒3.5小時(shí)，然后升溫到980度煅燒約40分鐘。經(jīng)過(guò)這樣處理，擔體表面形成一層玻璃化的釉質(zhì)，故稱(chēng)“釉化擔體”。這種擔體的吸附性能小，強度大，當固定液中加入少量的去尾劑后，能分析如醇、酸等極性較強的物質(zhì)。但對非極性物質(zhì)柱效能則稍有下降。此外甲醇和甲酸等物質(zhì)在釉化擔體上有一定的不可逆化學(xué)吸附，在定量分析時(shí)應予以注意。
（5）其他方法：凡是用化學(xué)反應來(lái)除去活性作用點(diǎn)或用物理覆蓋以達到純化擔體表面性質(zhì)的方法都可以使用。
4、擔體的選擇
如果在柱類(lèi)型方面已選擇了填充柱，那么擔體的選擇也會(huì )影響分離。在常用硅藻土擔體中，紅色擔體（如6201、201）可用于分析烷烴、烯烴和芳烴等非極性化合物以及酯、酮等極性較弱的物質(zhì)。白色擔體（如101）可用于分析醇、胺等極性較強的化合物或堿性物質(zhì)。釉化紅色擔體（如301）可用于中等極性物質(zhì)。硅烷化白色擔體可用于強極性氫鍵型物質(zhì)的測定。有機氟擔體可用于分析水、醇、酸、胺等短鏈極性化合物以及氯硅烷、氟化氫、氯化氫等腐蝕性物質(zhì)。玻璃微球擔體可用于分析沸點(diǎn)較高的物質(zhì)。分離酸性物質(zhì)，如酚類(lèi)，要用酸洗處理的擔體。分離堿性物質(zhì)，如乙醇胺，要用堿洗處理的擔體。微量分析要用硅烷化的擔體。有些特殊的情況下要用特殊的擔體，如氟擔體分離異氰酸酯類(lèi)。但是在普通的常量分析中，對擔體可以不必過(guò)份講究，甚至如耐火磚粉粒，玻璃珠砂和海沙也可以使用。
擔體的粒度、擔體的顆粒均勻性、擔體的密度、擔體的表面性質(zhì)等對柱效均有影響。
（1）擔體粒度：擔體粒度小時(shí)，渦流擴散項減小，會(huì )使柱效提高。液相傳質(zhì)阻力項也減小，對柱效有利。擔體粒度一般只能小到140目左右。否則會(huì )影響透氣性，造成過(guò)大壓差，并且裝柱時(shí)也難于填充均勻，對柱效不利。
（2）擔體均勻性：擔體均勻性對大直徑的制備柱十分重要，它對柱效影響很大。對分析柱而言對柱效影響相對較小。一般對內徑3-4毫米的填充柱，常用40-60 目、60-80目、80-100目的硅藻土擔體。對玻璃微珠和氟擔體，因其幾何形狀比較規則，大小比較均一，表面比較光滑，不易破碎，又有較好的透氣性，故可小至120-140目。
（3）擔體密度：擔體密度的不同可能會(huì )影響保留值。同時(shí)，可能由于表面性質(zhì)的差別，而出現擔體效應，對峰形產(chǎn)生影響，影響柱效。
（4）擔體表面性質(zhì)：擔體表面性質(zhì)對峰形和保留值均有影響。硅藻土擔體最大問(wèn)題是擔體效應，即擔體與組分之間產(chǎn)生一定作用力，造成峰的拖尾，改變保留時(shí)間，甚至對某些組分產(chǎn)生縮合或分解。最常見(jiàn)是拖尾現象，特別是對易生成氫鍵的化合物。
（二）固定液
固定液一般是一種高沸點(diǎn)的有機物液膜，對不同組份的分子間作用力不同，使組份在色譜柱中得到分離。
1、固定液的要求
對氣相色譜用的固定液，一般有如下幾點(diǎn)要求：
（1）在操作溫度下蒸氣壓低，熱穩定性好，與被分析物質(zhì)或載氣不產(chǎn)生不可逆反應；
（2）在操作溫度下呈液態(tài)，而且粘度愈低愈好。物質(zhì)在高粘度的固定液中傳質(zhì)速度慢，柱效率因而降低。這決定固定液的最低使用溫度；
（3）能牢固地附著(zhù)在載體上，并形成均勻和結構穩定的薄層；
（4）被分離的物質(zhì)必須在其中有一定的溶解度，不然就會(huì )很快地被載氣帶走而不能在兩相之間進(jìn)行分配；
（5）對沸點(diǎn)相近而類(lèi)型不同的物質(zhì)有分離能力，即保留一種類(lèi)型化合物的能力大于另一種類(lèi)型。這種分離能力即是固定液的選擇性。
2、固定液的選擇原則
根據被分離組分和固定液分子間的相互作用關(guān)系，固定液的選擇一般根據所謂的“相似性原則”，即固定液的性質(zhì)與被分離組分之間的某些相似性，如官能團、化學(xué)鍵、極性、某些化學(xué)性質(zhì)等，性質(zhì)相似時(shí)，兩種分子間的作用力就強，被分離組分在固定液中的溶解度就大，分配系數大，因而保留時(shí)間就長(cháng)；反之溶解度小，分配系數小，因而能很快流出色譜柱。下面就不同情況進(jìn)行討論：
（1）分離極性化合物，采用極性固定液。這時(shí)樣品各組分與固定液分子間作用力主要是定向力和誘導力，各組分出峰次序按極性順序，極性小的先出峰，極性越大，出峰越慢；
（2）分離非極性化合物，應用非極性固定液，樣品各組分與固定液分子間作用力是色散力，沒(méi)有特殊選擇性，這時(shí)各組分按沸點(diǎn)順序出峰，沸點(diǎn)低的先出峰。對于沸點(diǎn)相近的異構物的分離，效率很低；
（3）分離非極性和極性化合物的混合物時(shí)，可用極性固定液，這時(shí)非極性組分先餾出，固定液極性越強，非極性組分越易流出；
（4）對于能形成氫鍵的樣品。如醇、酚、胺和水的分離，一般選擇極性或氫鍵型的固定液，這時(shí)依組分和固定液分子間形成氫鍵能力大小進(jìn)行分離。
“相似相容性原則”是選擇固定液的一般原則，有時(shí)利用現有的固定液不能達到滿(mǎn)意的分離結果時(shí)，往往采用“混合固定液”，應用兩種或兩種以上性質(zhì)各不相同的，按適合比例混合的固定液，使分離有比較滿(mǎn)意的選擇性，又不致使分析時(shí)間延長(cháng)。
在實(shí)際工作中選擇固定液往往是參照資料或文獻介紹的實(shí)例來(lái)選用固定液的。
3、混合固定液的處理方法
混合固定液的處理方法有三種
（1）分別涂漬于擔體后再混合；
（2）將固定液混合后再涂漬，注意這時(shí)所用的固定液都應溶解在同一個(gè)溶劑里；
（3）分別涂漬，分別填裝入按比例長(cháng)短的色譜柱，最后再將它們串接起來(lái)。
上述三種處理方法，結果基本相同，但對于特殊的分離，有些也會(huì )有差異。
4、常用的固定液涂量
由于固定液含量對分離效率的影響很大。它與擔體的重量比例低比例為5%，一般用15%－25%，液體比例再大，則被分析的樣品在比較厚的液膜上有擴散現象，有損于分離；液體比例太低時(shí)，則由于液膜太薄，擔體表面上殘余的吸附能力會(huì )顯示出來(lái)，使色譜峰拖尾。由于低比例能促進(jìn)平衡的建立，可以用較高的載氣流速，所以用低的液體比例，再加上少量樣品，能縮短分析時(shí)間。對硅藻土擔體固定液含量可大些（15－30%）；由于氟擔體表面積較小，所以最多只能10%；至于玻璃微球由于表面積特別小，固定液含量便只能保持在0.25%左右。
（三）氣液色譜柱的制做
1、配柱時(shí)常用的固定液溶劑及選用溶劑的原則
常用的溶劑有：甲醇、乙醇、乙醚、丙酮、正丁醇、正己烷、石油醚、苯、甲苯和氯仿等等。
選用的原則：１、溶解性好，２、不與固定液起化學(xué)反應，３、沸點(diǎn)低，４、毒性小。
2、配柱時(shí)在擔體上涂漬固定液的常規方法
一般配常用的色譜柱，大都采用常規涂漬法，其簡(jiǎn)要操作為：取所需量的固定液，用適量（能浸過(guò)擔體）的溶劑溶解，將擔體緩緩倒入其中，隨到隨攪，而后用紅外燈照射（或用水浴蒸發(fā)）以趕走溶劑，則固定液就附著(zhù)于擔體上了。
3、色譜柱的常用填充方法
固定相填充的好壞，將直接影響柱效率.通常多用泵抽填充法，即把色譜柱的一端塞上玻璃棉，接真空泵，另一端接一漏斗，在抽吸下加入固定相，邊裝邊敲打色譜柱，至固定相不再進(jìn)入為止。裝好后，塞上玻璃棉。裝柱要求要填充得均勻、緊密，切忌有空隙。填充好的色譜柱在使用前要老化。
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