实验室必备｜液相色谱柱核心知识（原理・规格・填料・应用）！

一、色谱柱核心原理与性能要求​

色谱技术的核心在于 “分离”，而承担分离功能的色谱柱，堪称整个色谱系统的 “心脏”。一款优质色谱柱需满足柱效高、选择性优、分析速度快三大核心要求。目前市售高效液相色谱(HPLC)常用填料包括多孔硅胶、硅胶基质键合相、氧化铝、有机聚合物微球(含离子交换树脂)、多孔碳等，粒度规格多为 3μm、5μm、7μm、10μm，理论柱效可达 5～16 万塔板数 / 米。​

实际应用中，常规分析仅需 5000 塔板数的柱效;同系物分析 500 塔板数即可满足需求;针对难分离物质对，可选用塔板数高达 2 万的色谱柱，因此 10～30cm 的柱长基本能覆盖复杂混合物的分离分析。​

柱效受柱内与柱外双重因素影响。要实现最佳柱效，除需控制柱外死体积外，还需优化柱结构(减少填充床外死体积)并采用规范装填技术。即便装填工艺精良，柱中心与管壁的填料密度仍存在差异 —— 管壁附近填料较疏松，易形成 “沟流”，导致冲洗剂流速不均、谱带加宽，这一现象被称为 “管壁效应”，其影响区域约为管壁向内 30 倍填料粒径的厚度。值得注意的是，在常规液相色谱系统中，柱外效应对柱效的影响远大于管壁效应。​

1. 色谱柱的构造​

色谱柱由柱管、压帽、卡套(密封环)、筛板(滤片)、接头、固定螺丝等部件组成。柱管材质以不锈钢为主，当系统压力不超过 70Kg/cm² 时，也可选用厚壁玻璃或石英管，且内壁需具备高光洁度以降低管壁效应，部分不锈钢柱会通过内壁抛光或涂敷氟塑料提升光洁度，也有采用熔融硅或玻璃衬里的细管柱。​

色谱柱两端的接头内装有筛板(材质为烧结不锈钢或钛合金)，孔径规格为 0.2～20μm(常用 5～10μm)，具体取决于填料粒度，核心作用是防止填料泄漏。柱内径的选择需结合柱长、填料粒径及折合流速，核心目的是规避管壁效应。​

2. 色谱柱的发展趋势​

随着分析效率需求的提升，短柱应运而生，柱长多为 3～10cm，搭配 2～3μm 粒径填料，可大幅缩短分析时间;为适配质谱(MS)联用、提高检测灵敏度，窄径柱、毛细管柱及微径柱(内径<0.2mm) 逐渐普及。细管径柱的优势显著：①节省流动相用量;②检测灵敏度更高;③样品消耗量少;④可通过加长柱长实现高分离度;⑤柱温易精准控制;⑥便于实现 LC-MS 联用。​

但柱体积减小后，柱外效应的影响会更突出，因此需配套使用小池体积检测器(甚至柱上检测)、低死体积柱接头及连接部件。对应的仪器设备需满足：输液泵能精准输出 1～100μl/min 的低流量;进样阀可准确重复进样微量样品;因进样量小，还需搭配高灵敏度检测器，其中电化学检测器与质谱仪在该场景下表现尤为突出。​

3. 色谱柱的填充技术​

色谱柱性能不仅取决于固定相本身，还与填充技术密切相关。常规情况下，填料粒度>20μm 时，适合采用干法填充制备柱;粒度<20μm 时，湿法填充更易保证柱效。常见填充方法有四种：①高压匀浆法，广泛应用于分析柱与小规模制备柱;②径向加压法;③轴向加压法，主要用于大直径柱装填;④干法填充。​

柱填充技术专业性较强，多数实验室直接使用商品化预制柱。需强调的是，高效液相色谱柱的性能优化，装填技术是关键环节，但核心仍取决于填料本身的品质，以及色谱仪系统结构的合理性。​

二、液相色谱柱的规格分类​

色谱柱按用途可明确分为分析型与制备型两大类，具体规格如下：​

① 常规分析柱(常量柱)：内径 2～5mm，柱长 10～30cm，适用于常规样品定量分析;​

② 窄径柱(narrowbore)：内径 1～2mm，柱长 10～20cm，兼顾灵敏度与流动相节省，常用于微量样品分析;​

③ 微径柱(microbore)：内径<0.2mm，柱长灵活可调，适配 LC-MS 联用及痕量分析;​

④ 半制备柱：内径>5mm，柱长 10～30cm，用于少量样品制备提纯;​

⑤ 实验室制备柱：内径 20～40mm，柱长 10～30cm，满足实验室规模的样品制备需求;​

⑥ 生产制备柱：内径可达数十厘米，专为工业级大规模样品提纯设计。​

拓展知识：常见色谱柱填料分类及应用​

a、反相(含离子对)色谱常用填料​

C18(十八烷基 / ODS)：普适性最强，保留性能优异，是应用最广泛的反相填料;​

C8(辛基)：性能与 C18 相似，但对目标物的保留值略低，适合中等极性样品分离;​

C3、C4：保留值较弱，多用于肽类、蛋白质等生物大分子分析;​

C1(三甲基硅烷 TMS)：保留值最小，化学稳定性较差，仅适用于特定低极性样品;​

苯基 / 苯乙基：保留值适中，选择性与烷基键合相不同，适合芳香族化合物分离;​

CN(氰基)：保留值中等，兼具正相和反相色谱适用性，应用场景灵活;​

NH2(氨基)：保留性较弱，适用于烃类化合物分析，化学稳定性欠佳。​

b、正相色谱常用填料​

CN(氰基)：普适性好，极性适中，是正相色谱的常用填料;​

OH(二醇基)：极性高于氰基填料，适合强极性样品分离;​

NH2(氨基)：极性较强，稳定性不足，多用于特定极性化合物分析;​

硅胶：普适性强，价格低廉，但操作要求较高，常用于制备型液相色谱。​

c、空间排阻色谱(SEC)常用填料​

硅胶：普适性极佳，主要用作吸附剂;​

硅烷化硅胶：吸附性弱，溶剂兼容性好，适用于有机溶剂体系的 SEC 分析;​

OH(二醇基)：稳定性欠佳，专为水相 SEC(凝胶过滤色谱)设计;​

聚苯乙烯基：广泛应用于有机相 SEC(凝胶渗透色谱)，与水及强极性有机溶剂兼容性差。​

d、离子交换色谱常用填料​

键合相离子交换填料：稳定性与重现性较差，逐渐被替代;​

聚苯乙烯基离子交换填料：柱效虽不高，但化学稳定性好、重现性优异，是主流选择。