毛细管气相色谱在技术上以“高效”而闻名，这意味着我们通常在色谱图中看到非常窄的峰, 这表明在合理的时间内分离许多组分的能力，这显然然在分析上是有利的。

柱效通常以“塔板数”（绝对数或每米列数的塔板数）来衡量，塔板数越高，色谱图中的峰越窄。在某些应用中，如果柱效略有下降，但每个峰之间都有足够的间距，也不会遭受分辨率损失。但是，当分离复杂的混合物时，如果峰略微变宽，则峰分离度就会下降，此时色谱效率变得尤为重要。图1说明了这一点。

图1：降低柱效（塔板数）时，对有机氯农药分析物的分离度有不利影响（仅显示部分色谱图）。这在峰2和峰3（PDB2和PCB3）的分离中尤为明显。

在色谱上，柱效通常以峰宽作为保留时间的函数进行衡量，如图2所示。

图2：色谱效率的测量；Wb =基线的峰宽；W1 / 2 =半峰高处的峰宽

显然，峰越宽，色谱系统的N值越低。由分辨率的简化定义公式，可以很好的理解柱效和分辨率之间的关系。

正如我们所看到的，由理论塔板数“ N”定义的柱效与分辨率直接相关，并且由于方程中的N项是平方根函数，我们可以假设将塔板数减半会减少任意两个峰之间的分离度为1.4（例如2的平方根）。

因此，考虑到柱效对分离复杂混合物的重要性或当系统的选择性限制了分离度时，非常值得花一些时间研究如何识别，判断与解决气相色谱系统中柱效问题。

“塔板”的概念来自分馏，而这一事实是，在蒸馏塔（塔）中拥有的“塔板”或陷阱越多，可从每个塔板（陷阱）中提取的沸程越窄，因此在馏分的窄沸程和窄色谱峰之间进行类比。色谱柱中板数越多，峰越窄，在气相色谱中，一个塔板类似于分析物进入固定相的一次吸附和解吸事件。因此，对于具有100,000个板的色谱柱，分析物将吸附到固定相中，然后从固定相中解吸100,000次。表一描述了各种尺寸气相色谱柱的典型塔板数。

表I：各种内径的GC色谱柱的效率 30米柱，以k’= 6.00计算

从表I可以看出，GC色谱柱的内径是确定GC色谱柱固有效率的一个因素。但是，色谱柱长度也是决定色谱柱效率的根本因素，我们可以通过以下公式来帮助理解这些影响；

N =L/H

其中N是塔板数，L是塔板长度，H是等效于理论塔板的高度（在恒定的固定相化学性质和载气下，其可以假设为常数）。

因此，将色谱柱长度加倍将使效率（N）翻倍，并将分离度提高1.4倍；将色谱柱长度减半将使色谱柱效率减半，并且将分离度降低1.4倍。

就GC色谱柱固定相的膜厚而言，其可能会以不同方式影响早期和之后洗脱峰的柱效，k'值<5的分析物可能会随着膜厚的增加而降低效率，k'值> 5时反之亦然。但是，除非大幅度改变膜厚度（例如，从0.1mm改变为1mm），否则改变膜厚度的效果不会太剧烈。

这些值在等温分离中适用，而在梯度温度编程分离中则不同，但是趋势仍然适用。

综上所述的信息将使我们可以估计我们选择用于分析的色谱柱的预期塔板数，从而可以评估效率，因此，偏离这些预期值的任何重大偏差都可以视为值得研究与故障排除。

关于气相色谱效率的基本理论的最后一部分是所选载气的影响及其通过色谱柱的流速。从图3可以看出，各种载气在不同载气线速度下的效率最高（最低高度相当于理论塔板（HETP，H））。线速度是色谱柱内径和流速的函数。

图3：在一定范围的载气线性速度下，各种GC载气实现的板高

我们之所以特别提到这一点，是因为有一些非常普遍的问题与无法通过仪器设置达到最佳效率有关。以下几点尤其值得注意：

需要检查所用色谱柱的线速度和所需的载气流速，以确保该组合产生最佳效率和最低的板高度（如图3中的蓝色区域所示）。氢气显示出约50 cm / sec的最佳线速度，氦气显示出30 cm / sec的最佳线速度，氮气显示出15cm / sec的最佳线速度。载气的线速度将通过数据采集系统或仪器前面板显示。

确保色谱柱尺寸在采集方法中设置正确（包括通过调整色谱柱长度进行的任何调整）。如果色谱柱尺寸不正确，则载气通过色谱柱的线速度将不正确，分离效率将受到影响。

当然，如果将不正确的色谱柱尺寸或载气设置到仪器中，我们可能会看到除了色谱效率降低之外，保留时间也会改变，这些变化将是一个很好的诊断线索。

除了这些方法上的考虑之外，还有哪些其他因素会导致分离效率降低？这个问题有很多答案，但是，我在下面概述了导致柱效率降低的一些常见问题。

1 、柱安装问题：

确保正确准备（切割和清洁）GC色谱柱并以正确的方式将其安装到GC进样口和检测器中，这一点非常重要。色谱柱切割不良会导致样品入口内部分析物的转移变慢，如果该方法未建立热聚焦或溶剂聚焦过程，则可能导致峰变宽。通常，此问题还将伴随某种程度的峰分叉或拖尾。

色谱柱在进样口和检测器中的正确定位也至关重要。入口色谱柱的位置将再次使分析物最佳地转移到色谱柱中，当以分流模式操作入口时尤其重要。色谱柱在检测器中的位置将决定色谱柱出口与仪器内检测区域之间未清扫体积的量。这一点特别重要，因为载气是存在分散展宽，任何空隙体积都会对系统效率产生不利影响。

2 、色谱柱污染和老化：

所有GC色谱柱都会老化，并且使用寿命有限。随着时间的流逝，色谱柱的入口端可能会被样品基质成分覆盖，固定相可能会被破坏，这通常会导致固定相在色谱柱下方“蠕变”，从而形成一个较厚的“气泡状”可降分离效率的固定相区域。样品遇到的色谱柱初始区域对于色谱质量至关重要，因此，我们必须确保该区域的相质量是原始的。通常，通过修整较短的色谱柱并重新安装可以解决此问题，并且可能需要一部分或更多的色谱柱修整才能恢复性能。始终修剪最少的量以恢复良好的性能，如果进行了重大修剪，请不要忘记调整仪器内的色谱柱长度，以确保保留时间重现性和正确的载气线速度。在载气供应管线中安装气阱总是一个很好的解决办法，以确保色谱柱（相）的寿命（最小的水分和氧气阱），并确保以正确的方式调节色谱柱。

适当的样品预处理对于色谱柱的使用寿命也很重要，在分析之前制备清洁的样品，会延长色谱柱的使用寿命，减少进样口维护操作。

3 、样品引入条件：

影响分离效率的因素很多，都与将样品引入GC系统的方式直接相关。进样口衬管的清洁度和失活是主要考虑因素，在分流进样中，衬管中的任何活性部位的破坏可能会影响分析物向GC色谱柱顶部的转移，这在处理极性分析物时尤为明显。如果衬管清洁度不高或未显示出来，则衬管清洁度通常与峰拖尾有关仅出现轻微的活动迹象（失活涂层消失），然后可能会导致峰的总体变宽。确保衬管清洁，并在必要时定期更换衬管。

以下是重要的要点总结：

维持足够长的不分流时间，以将所有分析物转移至色谱柱，但也应足够短，以免溶剂从进样口缓慢流失，从而导致色谱破坏，柱箱的初始温度应至少比样品溶剂的沸点低10 ℃，固定相的极性应与样品溶剂的极性相匹配，反之，则应在进样口和分析柱之间留出至少1 m长的未涂层保留间隙。如果不满足，上述条件将导致分析物峰形展宽，这主要是由于分析物谱带从入口缓慢进入GC色谱柱时缺乏聚焦，因此效率会降低。

1 、热点：

重要的是，在载气中通过系统的分析物必须以不间断的方式进行。因此，气流路径中任何比其周围环境凉爽的“斑点”都将破坏或减慢分析物通过色谱柱的通过，并有效地充当系统中死体积的区域。

如果消除了进样口和GC色谱柱之间的热滞后，通常在进样口上会出现冷点-杯内有滞后的小杯位于进样口下方是有原因的，因此不应将其移除。位于检测器单元下方的绝缘层也是如此，这也是为什么进入MS检测器的任何传输线也要分别加热的原因，应仔细检查传输线温度以确保其温度至少位于顶部温度与您的烤箱程序一致！

2 、温度程序：

由于不当的温度程序将造成许多不良的分离。当考虑初始柱箱温度和分批进样的保持时间时，尤其如此。如前所述，程序升温的分离确实会产生更高效的峰，尤其是对于后来的洗脱组分，但是确保初始程序条件适合被测样品和分离的要求以及分离条件至关重要。样品引入方法，不分流或不分流进样。对于分流进样，通常的规则是我们不希望过慢的“分析物”穿过色谱柱的过程太快，因为会发生过量的样品分散。理想情况下，初始温度应比色谱图中第一种组分的洗脱温度低45℃左右，这可以通过筛选实验计算得出（典型值为50 ℃至色谱柱的梯度上限，每分钟10℃）。然而，作为初始保留时间，这实际上是一个反复试验的问题，从保留1分钟开始，然后提高或降低初始保留时间，以评估对选择性，效率和分离度的影响。

3 、检测器采样率：

任何色谱系统中峰的正确“建模”将取决于跨峰捕获的数据点的数量。对于高效技术（例如毛细管气相色谱仪），必须特别注意检测器的采样频率，而质谱检测器尤其如此，质谱检测器的固有采样频率往往较低，尤其是在全扫描模式下。如果检测器仅捕获跨越峰的几个数据点，尤其是当峰顶点被检测器遗漏时，则它们看起来可能比其宽。请按照制造商的说明为使用中的检测器找到最佳采样频率。

无论如何，建议在新色谱柱保留常规方法的参考色谱图，该色谱图可用作评估柱效率随时间下降的幅度的参考。使用系统适应性测试（SST），也是明智的选择，以便在分析之前评估仪器的性能，并且柱效评估通常是SST的考察指标之一。

尽管柱效是毛细管气相色谱法成功分离的关键驱动力，但从以上讨论中可以明显看出，在解决低柱效问题时要考虑许多因素。大多数问题是由仪器设置和GC色谱柱的老化引起的，因此对方法中的设定点进行故障排除以及色谱柱与进样口维护，是进行柱效诊断研究的考虑要点。