高效色谱仪色谱柱有填充柱和毛细管柱。
首先节高效色谱仪填充柱
一、填充柱管的选择：
1、柱管材质：
常用的填充柱有玻璃管柱、金属管柱和塑料管柱。
（1）玻璃管柱：
1）材质：硼硅玻璃。
2）特点：化学惰性好，柱效高，易碎。
3）使用事项：使用时等柱冷却后才能停止通载气。
4）应用：适用于强极性化合物的分离。
（2）金属管柱：
1）材质：主要为不锈钢。
2）特点：不易损坏，看不见柱内。
3）使用事项：使用前用布擦净内壁，再用10%热过氧化氢溶液浸泡，较后用水冲洗至中性。
4）应用：适用于脂肪酸酯和烃类化合物的分离。
（3）塑料管柱：
1）材质：多为聚四氟乙烯。
2）特点：化学惰性好，柱效不高。
3）使用事项：较高使用温度不超过260℃。
4）应用：适用于其它填充柱不好分离的样品分离，如HCl和Cl2等。
2、柱管尺寸：
柱管尺寸规格多，以适应不同样品分离目的、载体粒度、载气流量和仪器的要求。
柱外径有3.18mm、4.76mm和6.35mm。前两种柱内径为2mm，第三种柱内径有2mm、3mm和4mm。柱长多在3m以内。柱形有U形和螺旋形，U形柱柱效较高，螺旋柱的螺管直径比柱内径大15倍才可获得较好柱效。
柱内径越小，应填装粒度更小的固定相，才可获得更高的柱效。但柱容量随之减小，柱压降随之增大。
填充柱尺寸与载体粒度、载气流量的关系如下：
（1）柱内径2mm：
1）载体粒度：柱长＜3m时为100～120目，柱长＞3m时为80～100目。
2）载气流量：N2为8～15mL/min，H2为15～30mL/min。
（2）柱内径3mm：
1）载体粒度：柱长＜3m时为100～120目，柱长＞3m时为80～100目。
2）载气流量：N2为15～30L/min，H2为30～60mL/min。
（3）柱内径4mm：
1）载体粒度：柱长＜3m时为80～100目，柱长＞3m时为60～80目。
2）载气流量：N2为30～60L/min，H2为60～100mL/min。
二、固定相制备：
制备液体固定相时，将适量的固定液均匀地涂在载体表面上，使之能很好的分散，同时覆盖载体表面活性点。制备时溶解固定液的溶剂体积不宜过大，以能润湿载体为宜；溶剂沸点不宜过高，以免溶剂挥发时造成固定液损失；溶剂化学性质要稳定，不与固定液发生任何作用。
三、填充柱的填充：
1、填充要求：
（1）固定相要均匀、紧密，减少空隙和死空间。
（2）填充时不得敲打过猛，以免造成载体破碎，致使柱性能变差。
2、柱填充方法：
（1）多采用抽空装柱，即将柱出口接上真空泵抽气，固定相从入口倾入，还可接CaCl2或硅胶干燥塔以防潮湿空气进人。
（2）沸点较低的固定相不宜采用抽空装柱，一般采用边装边敲打的手工法装柱。
（3）以聚四氟乙烯作载体的固定相，需将固定相冷冻12h，然后在0℃条件下填充到色谱柱中。色谱柱的湿气要预先用干燥气体置换，以免色谱柱结冰，固定相结块。
四、填充柱的老化：
1、柱老化目的：
除去柱内剩余的溶液、固定液的低沸点馏分和易挥发的杂质，使固定液更均匀地分布在载体和管壁上。
2、柱老化方法：
填充柱柱老化多采用气体流动法，即将柱人口与进样室相接，出口不接检测器，通以载气，以2～4℃/min的速度程序升温至低于固定液较高使用温度20～30℃，老化12～24h。当基线平稳后，老化合格。
第二节高效色谱仪毛细管柱
高效色谱仪毛细管柱是中空的，称为开管柱。开管柱的特点是它的空心性，而不是它的细小性，但人们的习惯难以改变，多数人仍把这种色谱柱叫做毛细管柱。
一、毛细管柱类型：
1、常规毛细管柱：
常规毛细管柱内径为 0.25～0.32mm，材质为普通玻璃和石英玻璃（熔融二氧化硅）。
（1）涂壁开管柱：
将固定液直接涂敷在毛细管壁上。
柱制作相对简单，但柱制备的重现性差，寿命短。
（2）多孔层开管柱：
在毛细管壁上涂敷一层多孔性吸附剂固体微粒，不再涂固定液。
适用于分离有效性气体和低沸点有机物。
（3）载体涂渍开管柱：
将非常细的载体微粒粘接在毛细管壁上，再涂上固定液。
柱容量大。
（4）化学键合开管柱：
通过化学反应将固定液分子中的功能基团键合到毛细管壁上，形成均一、牢固的液膜。
提高了柱效和柱寿命。
（5）交联开管柱：
固定液分子之间通过化学反应交联成网状结构覆盖在毛细管壁上，形成一个不可抽取的液膜。
柱效高，柱寿命长，抗溶剂抽提。
2、小内径毛细管柱：
小内径毛细管柱内径≤0.1mm，柱长＜10m，固定液膜薄，材质为石英玻璃。
多用来进行快速分析。
3、大内径毛细管柱：
大内径毛细管柱主要指内径为0.53mm的石英玻璃毛细管柱，柱效介于填充柱和常规毛细管柱之间。
（1）主要柱参数：
大内径毛细管柱内径、液膜厚度与柱效、柱容量、分配容量、分析时间有关。
1）柱内径：
由毛细管柱色谱理论可知，柱内径增加，柱效会大幅度下降。大内径毛细管柱是以牺牲柱效来增加柱容量和提高流量，以适应代替填充柱的要求。
柱内径和理论塔板数之间的关系如下：
①柱内径0.53mm：2100TP/m
②柱内径0.32mm：3400TP/m
③柱内径0.25mm：4500TP/m
④柱内径0.1mm：11000TP/m
2）液膜厚度：
液膜厚度对柱效的影响比较复杂，包括对固定相的传质阻力和容量因子的影响。
①薄液膜：
薄液膜柱的液相传质阻力小，柱效高，分析时间短。
柱容量因子小，不利于高挥发性物质的分离。
不利于痕量物质的分离。
不足以掩蔽柱壁的活化点。
膜厚小于0.2μm的毛细管柱很少使用。过去用不锈钢毛细管柱时，膜厚常为0.5～0.6μm。用普通玻璃毛细管柱时，膜厚常为0.2～0.5μm。也常用膜厚为1μm的毛细管柱分离低沸点化合物。
②厚液膜：
厚液膜柱可增加柱容量，降低活性，适用于分离低沸点化合物。
当固定相进行交联后，可进一步提高液膜厚度到5～6μm，甚至高达8μm，以适应于代替填充柱的要求。
（2）特点：
1）可代替填充柱，无需分流进样。
2）比填充柱分析速度快。
3）吸附性小。
4）柱容量比常规毛细管柱大的多。
5）在较低的载气流速下，柱效大大高于填充柱。
6）大内径毛细管柱多采用交联键合固定相，化学稳定性和热稳定性高于填充柱。
二、毛细管柱材质的选择：
毛细管柱的材料应具有化学惰性、热稳定性好、内表面光滑易润湿和操作方便等性能。自毛细管柱发明以来，对玻璃、塑料、铜、镍和不锈钢等多种材料进行过研究。上世纪70年代占统治地位的是普通玻璃；80年代占统治地位的是石英玻璃（熔融二氧化硅）；90年代以后为了制备高温毛细管柱，又有部分使用不锈钢毛细管柱（内壁涂一层惰性的二氧化硅）的趋势。目前应用较多的是石英玻璃材料。
1、普通玻璃和石英玻璃的组成及结构：
（1）普通玻璃：
普通玻璃的化学成分主要是二氧化硅。普通玻璃中的二氧化硅通常是一个硅原子和四个氧原子结合成四面体，每个二氧化硅四面体通过硅氧键形成三维结构，由硅和氧原子形成一个不规则的六元环。
在普通玻璃生产过程中，常加入各种金属氧化物以改变物理和化学性能。加入Na2O可切断Si－O－Si键使普通玻璃软化，降低粘度，增加热膨胀系数和在水中的溶解度。加入CaO和MgO可减小溶解度，增加抗化学刻蚀性。常用于制作毛细管柱的普通玻璃是钠－钙玻璃（软玻璃）和硼硅玻璃（硬玻璃），Na2O、CaO和B2O3等氧化物的加入使Si－O－Si键被切断，这些玻璃的熔点比石英要低的多。软玻璃的熔点约700℃，硬玻璃比软玻璃高100～125℃。硬玻璃强度比软玻璃好，不易脆碎，软玻璃由于含有较高的Na2O而呈碱性，硬玻璃由于含有B2O3而呈酸性。
（2）石英玻璃：
石英玻璃的化学成分主要是二氧化硅。石英玻璃由于Si－O－Si之间的角度易于变动而具有柔性，这种环状结构相对稳定，根据硅氧键角大小不同而形成不同的同分异构体。石英玻璃具有高度交联的三维结构，通常称为石英，熔点近2000℃，热膨胀系数低。石英玻璃含有极少的金属氧化物，抗化学腐蚀性好，抗张强度高，可拉制成优质弹性薄壁毛细管柱。
天然石英和人造石英都是制作毛细管柱的良好材料。天然石英在高温和真空下熔化可制成熔融石英，纯度随石英原料来源不同而异。如果在加工过程中注意减少污染，一般情况下金属杂质含量可低于1×10ˉ4g/g。经进一步提纯的熔融石英，金属杂质含量可达5×10ˉ5g/g。人造石英基本上是纯二氧化硅，金属杂质含量小于1×10ˉ6g/g。
2、普通玻璃和石英玻璃的表面成分对色谱性能的影响：
普通玻璃和石英玻璃的化学性质影响毛细管柱的性能。各种金属氧化物在普通玻璃的表面形成路易斯酸作用点，可对醇、酮、氨和含π健的分子（如芳香化合物和烯烃）等电子密度高的化合物产生吸附。石英玻璃因金属杂质含量极小，表面不存在或很少存在酸化点，与普通玻璃相比具有天然惰性。
普通玻璃和石英玻璃的羟基是构成氢键型吸附的主要因素。表面羟基之间氧原子的距离大于0.31nm时，不能在两个羟基之间形成氢键。这类羟基的活性较大，对一些电子云密度高的化合物会产生吸附。
氢和氧相距0.24～0.28nm时容易形成氢键，大约50%的表面羟基彼此相互作用形成氢键。这种已形成氢键的羟基活性很小，几乎不再起自由羟基的作用，吸附在表面羟基的水也能对电子云密度高的化合物产生吸附，其活性与自由表面羟基相似。加热到165℃能把物理吸附水赶走，在400℃左右会使羟基脱水而成氧桥。这时若把二氧化硅冷却并暴露于水蒸气中，可以再恢复形成硅醇基，加热到400℃以上时再冷却吸湿羟基恢复的数量要减少，加热到800℃时二氧化硅表面羟基消失不再恢复。
表面的硅氧桥是氢键结合中的质子受体，对醇类分子产生吸附并有较强的范德华力。由于在普通玻璃和石英玻璃表面不同程度存在金属氧化物、游离羟基和硅氧桥，它们以不同形式会与被分离物质产生一定吸附作用。
三、毛细管柱的拉制：
1、普通玻璃毛细管柱的拉制：
目前普通玻璃毛细管柱已很少使用，但大内径毛细管柱（0.75mm）必须用普通玻璃材料。
普通玻璃毛细管拉制机由计算机控制，外径为4～10mm、内径为2～6mm的普通玻璃原料管由普通玻璃毛细管拉制机的送料轮送入温度为650～850℃加热炉中软化，然后拉伸轮以较快的速度驱动已软化的玻璃管，使之变细成为需要的毛细管，再在弯曲电热管中加热至550～650℃而烧成盘管，较后缠绕到转鼓上。
控制送料轮和拉伸轮的转速比可以拉制不同内径的毛细管。值得注意的是，所用普通玻璃原料管内外径粗细不均，加热炉和弯管炉的温度波动，送料轮和拉伸轮的转速比过大，都会引起拉制毛细管内径不均匀。普通玻璃毛细管拉制机拉出的毛细管内径不均匀性在±3%～±5%之间。
2、石英玻璃毛细管柱的拉制：
石英玻璃比普通玻璃溶点高，不能用普通玻璃毛细管拉制机拉制，要用石英玻璃毛细管拉制机拉制。将石英原料管在石墨炉中加热到1900～2000℃才能拉制出薄壁毛细管。如果石英玻璃的表面被污染或受潮，强度会下降而易破损，所以拉出的石英玻璃毛细管必须立即通过盛有耐高温聚合物溶液（通常为聚酰亚胺）的容器，然后通过加热炉烘干，使毛细管外表敷上一层保护膜，较后将拉好的毛细管缠绕到转鼓上。
目前拉制的石英玻璃毛细管内径为0.1～0.5mm，壁厚＜0.05mm，作为毛细管外涂层材料的聚酰亚胺较高使用温度为350℃。近年来出现了铝涂层的石英玻璃毛细管，耐高温400～480℃，可用于高级烷烃（大于100个碳原子）和甘油三脂类的分离。
原料管拉制前依次用50%HNO3、5%HF水溶液和蒸馏水洗涤，较后用丙酮冲洗，放置干燥。
拉制后的毛细管在涂渍前用蒸馏水、丙酮和溶解固定液的溶剂冲洗，N2吹干。
四、毛细管柱内表面的改性：
普通玻璃和石英玻璃表面存在的硅醇基吸附电子密度高的化合物，硅氧桥的离子特征作为质子接受体形成氢键而吸附易给质子的化合物，普通玻璃表面存在的金属离子造成更严重的吸附和催化作用，会使高温下的固定液分解而流失，因此，在涂渍固定液前必须对毛细管柱内表面进行处理，以改变化学和物理性能提高表面对固定液的湿润性。
湿润性是指液体浸润固体表面的能力，这种能力通过接触角来衡量。接触角是指液体界面的切线与固体表面的夹角。当接触角为零时，液体完整湿润固体表面，易于涂渍成均匀的薄膜。反之，当接触角增大时，液体覆盖固体表面的能力降低，液体能否浸润固体表面取决于液体的内聚力和固体表面的能量。液体的内聚力用其表面张力表示，固体的表面能通过表面自由能表示。当液体的表面张力大于某一固体表面的临界表面张力时，此液体在固体表面上的接触角大于零。光滑干净玻璃的临界表面张力＜3×10ˉ4N/cm，大多数固定液的表面张力为5×10ˉ4N/cm，这说明大多数固定液对玻璃表面不湿润。要制作有效的毛细管柱，必须对普通玻璃管和石英玻璃管内表面进行粗糙化、化学和物理改性，使它们的表面能增大，提高临界表面张力。
1、毛细管柱内表面的粗糙化：
毛细管柱内表面的粗糙化方法有表面腐蚀法和表面沉积惰性微粒物质法。表面腐蚀法只用于普通玻璃毛细管柱，不适用于石英玻璃柱，因腐蚀后的石英玻璃柱壁太薄，易于脆断。
（1）表面腐蚀法：
1）氯化氢刻蚀法：
将干燥的氯化氢气体通入普通玻璃柱，用小火把柱两端封住，在300～400℃下加热3～12h，可在毛细管柱内表面形成有规则排列的氯化钠晶体粗糙层。
2）氟化氢刻蚀法：
用氟化氢在高温下使普通玻璃表面形成二氧化硅晶须，其表面积是光滑玻璃的上千倍。一般不直接使用氟化氢气体，通常用2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化铵充满毛细管柱，把柱两端封住，然后加热一段时间，2－氯－1，1，2－三氟乙基甲基醚或二氟化铵放出氟化氢，使玻璃表面产生高密度须状物。晶须的粗细和长度取决于试剂浓度、温度和反应时间。刻蚀温度低于250℃不会形成晶须。刻蚀温度在400℃，试剂浓度在2%～10%，24 h后晶须生成完整。
（2）表面沉积惰性微粒物质法：
1）石墨化碳黑沉积法：
把石墨化碳黑制成胶体溶液涂渍在毛细管柱内表面，石墨化碳黑会牢固地粘附在柱内表面上，各种溶剂都冲洗不掉。
可适应各种类型的固定液，但是不能涂渍厚液膜的固定液。
2）氯化钠微晶沉积法：
将氯化钠制成饱和甲醇溶液，然后加入1，1，1－三氯乙烷或三氯甲烷，使之成为胶体溶液。将此溶液通过毛细管柱，待溶剂蒸发后再涂第二次，这样反复四次以上，较后将毛细管柱加热至350℃保温1h。
3）碳酸钡沉积法：
在毛细管柱内表面涂以氢氧化钡溶液，然后通入二氧化碳气体除去溶剂，可在毛细管柱内表面生成碳酸钡层。
由于碳酸钡形成较强的活化点，去活困难，对某些固定液热稳定性差。
4）二氧化硅沉积法：
将SiO2粉末（＜1μm）在300℃加热3h，然后以CHCl3和二氧六环为溶剂配成6～8mg/mL SiO2混合液，超声1～1.5h使SiO2分散成均匀的悬浮液。将此悬浮液吸入用CHCl3湿润过的毛细管柱至10%柱长后，用N2流使悬浮液通过毛细管柱，再用低流速N2赶走溶剂即可完成SiO2涂层，达到覆盖表面活性基团和粗糙化的双重目的。
适合涂渍极性较大的固定液。
2、毛细管柱内表面的羟基化：
在毛细管柱内表面去活处理前，无论是普通玻璃柱还是石英玻璃柱都要经过酸处理，目的是使毛细管柱内表面增加硅醇基，在下一步的去活化中降低或消除玻璃种类的影响，从而制备出重现性好的毛细管柱。
（1）普通玻璃毛细管柱的沥取：
普通玻璃毛细管柱的沥取是用酸或碱把柱内表面的金属离子除去，使玻璃表面形成丰富的硅醇基。
碱沥取时玻璃表面被腐蚀形成多孔层，用酸沥取能得到较为平滑的表面，通常用酸沥取。在硫酸、硝酸、磷酸、草酸和盐酸中，盐酸效果较好，不会在二氧化硅表层中留下残酸，合适的盐酸浓度为18%。
酸沥取玻璃表面是用氢离子取代金属离子，即将玻璃表层和表层上稍微深层的金属离子迁移出来。用负压法将酸溶液吸入毛细管柱中，然后把柱缓慢加热，使柱中的盐酸溶液溢流出一部分，待冷到室温后柱内有一段是空的，在真空条件下把柱两端封住，继续加热。在150℃达到中等程度沥取，若需深度沥取可加热到175℃。沥取后的毛细管柱应立刻进行洗涤，洗涤一般用0.2%～1%的盐酸或水，目的是除去浓盐酸溶液和沥取出来的金属离子。洗涤后的毛细管柱通以干燥N2，置于约250℃下保温2～4 h，使柱内的水汽和酸气有效除去。
（2）石英玻璃毛细管柱的水热处理：
