气相色谱柱是气相色谱分析的核心，选择合适的色谱柱对于获得准确、可靠的分析结果至关重要。本文笔者结合自身经验，总结了一些关于气相色谱柱选择的指南，供广大同行参考。
一、目标分析物
首先要确定目标分析物是什么，根据目标分析物的类型、结构和性质来选择合适的色谱柱，如有机物、无机物、气体。不同的目标分析物可能需要不同类型的色谱柱，如极性化合物通常需要极性色谱柱，如AC 20，PEG 20M；非极性化合物通常需要非极性色谱柱，如HP-1、DB-1；气体通常需要选用PLOT柱。
二、分析目的
应确定分析目的是什么，比如定性分析还是定量分析？分离复杂混合物还是分析单一成分？测定主成分含量还是杂质含量？…这将有助于确定色谱柱的分离能力和灵敏度要求。
三、样品性质
了解样品性质，包括溶解性、挥发性、热稳定性、极性等。这些性质将影响选择色谱柱的填料类型和温度条件。
四、填料类型
常见的填料类型包括非极性填料、极性填料和选择性填料。根据“相似相溶原则”，非极性填料适用于分离非极性化合物，极性填料适用于分离极性化合物，选择性填料适用于特定化合物的分离。三种填料的特点和代表性色谱柱型号如下：
1. 非极性填料：
通常仅由C和H组成并且无偶极矩，如聚二甲基硅氧烷、聚甲基硅氧烷，常见的色谱柱型号有AC1，OV-101，OV-1，DB-1，SE-30，HP-1，RTX-1；
2. 极性填料：
主要由C和H组成同时也有其他原子，如N、O、P、S、卤素。常见的填料类型为聚乙二醇，主要型号有DB-WAX、AC 20，PEG 20M，HP-INNOWAX、FFAP；
3. 选择性填料：
此类填料往往在非极性填料中引入特定基团（如苯环），以实现对特定化合物的选择性，按照极性大小又分为弱极性填料和中等极性填料。
（1）弱极性填料：包括5 %二苯基-95 %二甲基聚硅氧烷，常见型号有AC5，SE-52；5 %苯基-95 %甲基聚硅氧烷，常见型号有OV-5，DB-5，SE-54，HP-5，RTX-5，BP-5；6 %氰丙基苯基-94 %聚二甲基硅氧烷，常见型号有DB-624；
（2）中等极性填料：包括50 %二苯基-50 %二甲基聚硅氧烷，常见型号有OV-17，HP-50，RTX-50；14 %氰丙基苯基(其中7 %氰丙基、7 %苯基)-86 %二甲基聚硅氧烷，常见型号有AC10，OV-1701，DB-1701，RTX-1701；50 %氰丙基苯基(其中25 %氰丙基、25 %苯基)-50 %二甲基聚硅氧烷，常见型号有AC225，OV-225，BP-225，DB-225，HP-225，RTX-225。
五、柱长度、内径和膜厚
柱长度、内径和膜厚会影响分离效果和分析时间。三种因素具体的影响参数如下：
1. 柱长
柱长主要影响三个重要参数：柱效、保留值（分析时间）和载气压力。
（1）柱效（通常用理论塔板数N或每米塔板数N/m表示）与柱长成正比。分离度是每米塔板数的平方根函数。例如，将柱长加倍，理论上将提高分离度1.41倍（实际上增加的倍数为1.2~1.3倍）。柱长通常有15 m、30 m、50 m、60 m，15 m柱用于快速筛选简单混合物或分子量极高的化合物；30 m柱是最普遍的柱长；超长柱（50、60 m）用于非常复杂的样品。如果希望得到较高的柱效，获得窄又尖锐的峰形时，建议使用超长柱；
（2）恒温的条件下，待测物保留值与柱长成反比。梯度温度程序的条件下，待测物的保留是恒温条件下的1/3~1/2。增加柱长确实有利于增加柱效，但分析时间也显著增加；
（3）柱头压力几乎与柱长成正比。除非色谱柱直径非常大或非常小，否则压力通常不是主要问题。直径较小、柱长较长的色谱柱需要较高的柱头压力；而直径较大、柱长较短的色谱柱需要的柱头压力较低。两种情况都非常不切实际，都不可能成为限制因素。因此在柱长影响压力方面不必太过担心。
此外，色谱柱流失将随着柱长的增加而增加。较长的色谱柱的固定相较多，因此会产生较多的降解产物，容易引入鬼峰和影响基线稳定性，这一点还需要广大研究者们注意。
还需提醒一点的是，色谱柱成本与柱长直接相关，柱长加倍也几乎会使色谱柱的价格加倍。当通过增加柱长实现增加柱效时，色谱柱成本也显著增加，同时考虑到分析时间也会延长，因此，欲通过增加柱长来增加柱效，笔者建议是最后选择的办法。
色谱柱柱长的选择概述：
（1）如果不知道最佳长度，可先使用25~30 m长的色谱柱；
（2）10~15 m长的色谱柱适用于含易分离组分的样品或含待测组分和其他组分较少的样品。内径较小的色谱柱通常长度较短，以便降低柱头压力；
（3）如果通过其它方法（降低内径、改变固定相、增加膜厚、改变温度程序等）无法达到满意的分离度时，可使用50~60 m长的色谱柱。这种色谱柱适用于分离含多组分的复杂样品，但较长色谱柱的分析时间较长，费用较高。
2. 内径
色谱柱内径主要影响的五个参数是：柱效、保留值、压力、载气流速和柱容量。
（1）柱效（N/m）与色谱柱内径成反比。色谱柱直径越小，则每米理论塔板数就越高。分离度是理论塔板数的平方根函数。因此，把柱效加倍，理论上能把分离度增加约1.41倍，但实际上增加的倍数为1.2~1.3倍。在需要得到窄峰和高柱效时，建议使用内径较小的色谱柱；
（2）恒温条件下，待测物质的保留与色谱柱内径成反比。在程序升温的条件下，待测物质的保留是恒温条件下的 1/3~1/2，但很少根据保留值选择色谱柱内径；
（3）色谱柱柱头压力大约是色谱柱内半径的负二次方函数。例如，内径为0.25 mm的色谱柱需要的柱头压力是相同长度（载气和温度也相同）内径为0.32 mm柱头压力的1.7倍，即更小内径的色谱柱需要的压力更高。为避免柱头压力过高而超过色谱柱的压力上限，气相分析通常要求色谱柱内径不低于0.18 mm。
（4）常压下，载气流速随着色谱柱内径的增大而加快。对于需要高流速的方法或硬件，通常使用较大内径的色谱柱。为了正常运行，顶空进样系统和吹扫捕集系统需要更高的载气流速。所以通常选择内径为0.4 5mm或0.53 mm的色谱柱与这些系统一起使用。对于需要低载气流速的方法或硬件，通常使用较小内径的色谱柱。GC-MS是需要低载气流速的典型系统，因此，通常选用内径不大于0.25 mm的色谱柱用于GC-MS系统。
（5）色谱柱容量随着色谱柱内径的增大而增加。实际色谱柱容量也取决于固定相、载样量和膜厚。
色谱柱内径选择的概述：
（1）如果需要较高的柱效，可使用0.18~0.25 mm内径的色谱柱。但内径较小的色谱柱容量较小，并需要较高的柱头压；
（2）如果需要较大的样品容量，可使用0.32 mm内径的色谱柱。与0.25 mm内径的色谱柱相比，这种色谱柱通常对不分流进样或大体积(>2 μl)进样时较早流出的组分有更佳的分离度；
（3）只有在仪器配备大口径直接进样器，且要求柱效较高时，才使用0.45 mm及以上内径的色谱柱。尤其是高载气流速的情况，如吹扫捕集、顶空进样器和阀进样，大内径色谱柱特别适用。
3. 膜厚
色谱柱膜厚主要影响五个参数：保留、分离度、流失、惰性和容量。
（1）恒温条件下，待测物质的保留与膜厚成正比。程序升温的条件下，待测物质的保留是恒温条件下的1/3~1/2；
对于较易挥发的物质，液膜较厚的色谱柱可以得到更强的保留。液膜较厚的色谱柱通常用于挥发性化合物，如溶剂和一些气体的分析。液膜较薄的色谱柱用来减弱保留能力强的物质的保留，以便其可以更快或在更低的温度下流出。液膜较薄的色谱柱通常用于较难挥发、高沸点、高分子量的化合物的分析；
（2）由于色谱柱的保留不足，因此保留因子（k值）小于2的物质难以分离。由于物质保留的增强，改用液膜较厚的色谱柱会使其分离度更高。分离度的提高幅度取决于在原来色谱柱上物质k值，更换液膜较厚的色谱柱后，若将K值调整到2-10之间，会对提高分离度比较有效。对于k值大于10的峰，增加其保留通常不会改善其分离度，有时还会损失分离度。因为此时若增加膜厚改进较早流出峰的分离度，但可能导致较晚流出峰的分离度的损失；
（3）对于给定的固定相，色谱柱的流失将随着膜厚的增加而增加。由于液膜较厚的色谱柱更容易保留，因此增加膜厚时，较晚流出的峰可能转移到色谱柱流失较高的区域。由于流失严重，因此液膜较厚的色谱柱的温度上限可能会较低；
（4）液膜较厚的色谱柱更具惰性，不易于和待测物质发生作用（吸附或化学反应），因为有更多固定相来保护待分析物不受色谱柱管线表面的干扰；
（5）液膜较厚的色谱柱的容量较高，也就是能耐受更高的载样量。当一种待测物含量过高时，所导致的峰展宽/峰前延/峰拖尾可能干扰邻近的峰或与其共流出，此时改用液膜较厚的色谱柱有助于解决上述问题。
色谱柱膜厚的选择概述
（1）厚膜色谱柱适用于挥发性物质（如残留溶剂、气体）的分离和增强其保留。厚液膜色谱柱惰性更强，容量更大，但厚液膜色谱柱具有较高流失性，使用温度上限也有所降低。
（2）薄膜色谱柱适用于高沸点、高分子量、难挥发物质（如类固醇、甘油三酸酯），有助于尽量减小保留时间。薄膜色谱柱流失性较低，但薄液膜色谱柱惰性更弱、容量更小。
六、品牌和质量
通常知名品牌的色谱柱，其质量比较可靠，如安捷伦、岛津、赛默飞、默克。质量好的色谱柱往往可以提供准确度高、重复性好、分离度佳的分析结果。只是知名品牌的气相色谱柱价格稍贵，通常在5000-10000元/根。一些不知名品牌的色谱柱价格稍便宜，通常在500-2000元/根，但质量无法保证。
七、应用
本章节内容，笔者将结合一些案例阐述几种主要类型气相色谱柱的应用范围。
1. HP-5：这是一种较为常见的弱极性色谱柱，适用于分离醇类、酚类、酮类、酸类等化合物，笔者曾用此种色谱柱分析水杨酸和苯酚，取得了较好的效果。
2. DB-1：这是一种较为常见的非极性色谱柱，该色谱柱适用于分离较高沸点的化合物，如长链酸、脂肪醇、酚类、醛类和酮类等，笔者曾用此种色谱柱分离芴甲醇和芴甲醛，两者的分离度可达到3.0，效果较好。
3. FFAP：该色谱柱是一种常见的极性色谱柱，适用于分离极性化合物，特别是糖类、酚类、醇类以及芳香族化合物。笔者曾用此种色谱柱做过戊二醇及其衍生物的测试，产物、主要杂质和溶剂的分离度上佳，峰对称性较好。只是此类色谱柱最高耐受温度仅有250 ℃，不适用于一些高沸点物质的分析。
4. DB-624：该色谱柱适用于分离挥发性有机化合物，如烷烃、烯烃、芳香族化合物和卤代烃等，尤其是残留溶剂。笔者曾用此种色谱柱做过苯、氯乙烷和1,2-二氯乙烷这三种残留溶剂的测试，检测限分别可低至0.2 ppm、6 ppm和0.5 ppm，灵敏度较高。
