高效色谱仪毛细管柱的制备包括毛细管柱材质的选择、毛细管柱的拉制、毛细管柱内表面的改性、毛细管柱固定液的涂渍和毛细管柱的老化等。
一、毛细管柱材质的选择：
高效色谱仪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，对塑料、铜、镍和不锈钢等多种材料进行过研究，目前普遍使用普通玻璃和石英玻璃，应用较多的是石英玻璃。
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。
二、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。
三、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：
石英玻璃毛细管柱的水热处理是在高温下使柱内表面充分羟基化。石英玻璃柱因在高温下拉制，表面羟基含量很少，约0.2/nm2，这样少的羟基不易去活处理，水热处理后获得的丰富羟基对涂渍极性固定液十分重要。
通常采用酸进行处理。将2%的盐酸溶液充入毛细管柱至25%柱长后，以5cm/s的速度使盐酸溶液向前移动至柱另一端流出溶液，用丁烷/氧火焰把柱两端封住，再把毛细管柱放入恒温箱中在200℃保温6h。然后再一次充以2%的盐酸溶液至25%柱长后，以1cm/s的速度把盐酸溶液赶出毛细管柱，较后将毛细管柱抽真空并在230℃保温1h。
3、毛细管柱内表面的惰性化：
毛细管柱内表面的粗糙化可使固定液液膜稳定，但也使柱内表面的活性增加，对一些固定液产生严重吸附。要制备一支柱效高、活性低、热稳定性好和保留值重复的毛细管柱，在填充前，无论是普通玻璃柱还是石英玻璃柱都要进行惰性化处理。目前应用的惰性化处理方法是使用有机聚合物和硅烷化试剂处理柱内表面，应用较多的是后者。
（1）有机聚合物处理：
较早是使用聚乙二醇改性硅藻土色谱载体，后来用于改性毛细管柱内表面取得了很好的效果。一般认为去活机理是聚乙二醇在高温下产生环氧烷结构单元，然后开环与毛细管柱内表面的硅羟基发生键合反应，形成一层桥式结构的聚合物薄膜以掩蔽硅醇基的活性。聚乙二醇惰性化处理有静态法和动态法。
1）静态法：
静态法是将6%的聚乙二醇的二氯甲烷溶液充入毛细管柱，赶净溶剂后，将柱两端封住，放入恒温箱中在280℃保温2～4h，较后洗去剩余的聚乙二醇。
2）动态法：
动态法是在载气的携带下将聚乙二醇蒸气与置于250℃的毛细管柱内表面反应12h。
（2）硅烷化试剂处理：
硅烷化是惰化毛细管柱内表面羟基活性较有效的方法。其原理是硅烷化试剂的活泼基团与毛细管柱内表面的羟基反应，从而消除表面羟基的活性。较早硅烷化去活是在常温下进行，经去活处理的毛细管柱要在低于250℃下使用。现在普遍采用高温硅烷化去活毛细管柱内表面，有静态法、动态法、聚硅氧烷高温降解法和全硅烷化等。
1）静态法：
将硅烷化试剂用N2以4～5cm/s的速度通过毛细管柱，试剂排出后将毛细管柱两端封住，缓慢升温（2～3℃/min）至300～400℃保持4～20h，再用甲苯和甲醇依次冲洗，N2吹干。
2）动态法：
把毛细管柱放在400℃炉中，将两端伸出炉外，一端置于含有硅烷化试剂的鼓泡器中，产生的蒸气通过干燥的N2将其循环流过毛细管柱，持续48h后将炉子冷却至200℃，移去鼓泡器，用干燥N2吹毛细管柱，以除去未反应的试剂。
动态法不常用。
3）聚硅氧烷高温降解法：
聚硅氧烷在300～400℃受热分解的部分产物与毛细管柱内表面的硅醇基键合形成一层高分子硅氧烷聚合层，达到去活的目的。
4）全硅烷化：
目前全硅烷化的去活机理没有一致的观点，如在高温下硅烷化试剂如何与石英玻璃硅醇基作用，在表面形成什么样的基团等问题，有不少争论。
常用的全硅烷化试剂有氯硅烷类、硅氨烷类、硅氧烷类和聚硅氧烷类等。
①氯硅烷类：三苯基氯硅烷、二苯基氯硅烷和六甲基二硅烷等。
②硅氨烷类：六甲基二硅氨烷、二苯基四甲基硅氨烷和四苯基二甲基硅氨烷等。
六甲基二硅氨烷是空间障碍较小的硅烷化试剂，它在玻璃表面形成非极性的甲基硅氧烷基团，适用于涂渍聚二甲基硅氧烷类固定液。
二苯基四甲基硅氨烷在玻璃表面引入苯基，适用于涂渍含苯基量不高的苯基甲基聚硅氧烷类固定液（如OV－61）。
四苯基二甲基硅氨烷适用于涂渍苯基含量小于50%的苯基甲基聚硅氧烷类固定液（如从OV－61至OV－17）。
③硅氧烷类：八甲基环四硅氧烷、三苯基三甲基环三硅氧烷、八苯基三甲基环四硅氧烷和二氰丙基六甲基环四硅氧烷等。
八甲基环四硅氧烷是使用较多的硅烷化试剂。将八甲基环四硅氧烷（20%）制备在正戊烷中，以动态法涂渍，移动速度为2cm/s，封口并用铝箔把毛细管柱包住，在400℃下保持4h后用正戊烷冲洗。用八甲基环四硅氧烷处理过的毛细管柱适用于涂渍非极性固定液。
三苯基三甲基环三硅氧烷适用于涂渍中等极性固定液。以二氯甲烷作溶剂，用三苯基三甲基环三硅氧烷和二苯基四甲基硅氨烷等体积混合液处理的玻璃毛细管柱，涂渍OV－1701－OH可得到很好的去活效果。
八苯基三甲基环四硅氧烷适用于涂渍中等极性固定液。将八苯基三甲基环四硅氧烷制成二氯甲烷的饱和溶液，以2～4cm/s流速动态法涂渍在石英玻璃毛细管柱中，把柱两端接到真空系统上，抽空0.5h后封住，在400℃下加热16h，用三倍柱体积的二氯甲烷洗涤毛细管柱，然后采用静态法涂渍OV－17或Dixil400，效果十分令人满意。
二氰丙基六甲基环四硅氧烷是含氢基（如OV－225和Silar10C等）固定液的去活试剂。去活方法是把经沥取的毛细管柱以动态法涂渍20%的二氰丙基六甲基环四硅氧烷二氯甲烷溶液，用N2赶净溶剂后，在抽真空下将柱两端封住，以5℃/min升温至395℃保持1.5h。较后慢慢冷却至室温，把柱的一端放入二氯甲烷中后打开，这样有一部分二氯甲烷进入柱中并用此溶剂在N2流下洗涤柱子。
④聚甲基硅氧烷类：聚甲基氢基硅氧烷、含苯基聚甲基硅氧烷和二氰丙基甲基氢基硅氧烷等。
聚甲基氢基硅氧烷俗称含氢硅油。硅烷化方法是将石英玻璃毛细管柱以动态或静态法涂渍纯液体的含氢硅油，用N2吹5～10min后封住柱口，在恒温箱中加热至250～350℃，用约10倍柱体积的二氯甲烷洗涤柱子，较后在280℃老化30min。含氢硅油更适用于石英玻璃毛细管柱的去活，在250～350℃较低的温度下进行去活反应克服了在高温下硅烷化石英玻璃柱外涂层聚酰亚胺被氧化的问题。用这种试剂处理的柱子只适用于涂渍非极性固定液。
含苯基聚甲基硅氧烷的去活试剂有苄基二甲基硅烷、二苯基甲基硅烷、1，1，1－三苯基甲基硅烷和高分子量的含苯基聚甲基氢基硅氧烷。使用这四种去活试剂处理石英玻璃毛细管柱不仅可以去活，而且可以使柱表面具有适合于涂渍极性固定液的湿润性。使用这几种试剂的去活方法是将5%～10%的聚苯基甲基氢基硅氧烷甲苯溶液以动态法涂渍到毛细管柱中，用Ar吹柱子10h以除去溶剂，将柱两端封住。注意不要让空气进入柱中。较后在300℃下去活10h。
二氰丙基甲基氢基硅氧烷处理石英玻璃毛细管柱的基本步骤同上，不同的是去活在250℃下保持10h，即可得到满意的效果。
四、毛细管柱固定液的涂渍：
毛细管柱固定液的涂渍方法有静态法、动态法和交联键合法。
1、静态法：
操作时，把固定液的稀溶液（0.2%～2%）用真空泵吸入毛细管柱中，一端封口，从另一端抽真空，在低于溶剂沸点10～15℃的恒温条件下使溶剂慢慢蒸发，这样在柱内壁上留下一层薄薄的液膜。静态法涂渍中，毛细管口的密封是关键问题，溶剂与封口的交界面不能有气泡，否则将会把柱内的部分或全部涂渍固定液带出柱外。
为了缩短涂渍时间，选用溶剂时除了考虑对固定液的溶解性外，还应尽量选用挥发性强的。如一支长20m、内径0.3mm的毛细管柱在室温下蒸发，若用二氯甲烷作溶剂需要15h，而选用戊烷只需要8h。
为了加快溶剂的挥发速度，建立了所谓自由逸出静态法涂渍，即在高于溶剂沸点75℃或80℃的恒温条件下进行，不需抽真空，使溶剂自由挥发。蒸发溶剂时，在毛细管柱尾接上一根缓冲柱以增加阻力。
静态法涂渍重现性好，柱效高，液膜厚度能有效计算，适用于表面张力较大或粘稠的固定液，但不适用于粘度低的固定液。
2、动态法：
动态法涂渍固定液是用高压惰性气体推动固定液溶液通过毛细管柱，在柱内壁上留下一层液膜。
固定液的浓度一般10%～20%，根据固定液粘度和极性不同选择二氯甲烷或丙酮作溶剂。操作时，在毛细管柱尾接上一根与柱内径相同、长度约10m的缓冲柱，以免溶液走到柱尾时速度发生变化。将缓冲柱的另一端插入固定液溶液中，用高压N2在严格控制流速条件下将固定液压人毛细管柱内。当溶液到达柱体积的1/5～1/10时，将插入固定液溶液中的毛细管柱拉起离开液面，用N2推动溶液的液柱向前移动，速度为2～6cm/s，不得超过10cm/s。涂完后毛细管柱继续通N23～4h，以完整除去溶剂。
动态法涂渍速度快，但常得不到均匀的液膜，重复性较差，柱效比静态法低。
3、交联键合法：
毛细管柱的交联键合是指将涂渍在毛细管柱内表面的固定液通过分子间的共价连接（交联），或与毛细管柱内表面连接（键合），使液膜稳定性得到提高的制备技术。交联键合可通过固定液的缩合或固定液柱壁上的硅醇基反应形成Si－O－Si键，或聚硅氧烷上的甲基或乙烯基经引发剂引发产生Si－C－C－Si（即碳与碳间形成键）反应来实现。
（1）加热缩合法：
1）原理：涂渍在毛细管柱内表面的端羟基固定液在加热过程中与玻璃表面的硅醇基产生缩合键合而实现交联固化。
2）方法：将含有一定数量交联剂的端羟基固定液涂渍在毛细管柱上后，用N2吹5min，然后把柱两端封住，在恒温箱中60℃保持1h，打开柱两端并将柱子装在色谱仪上，在约0.4bar压力下通H2冲洗，以1℃/min速度升至280℃保持6h，即可完成交联固化。这种交联固化可形成大分子网状结构，可提高柱子的热稳定性。例如非极性固定液通过甲基三乙基硅氧烷的缩合固化，可使柱子使用温度提高到380～390℃。
