色谱柱是色谱系统的“心脏”。本文试着从液相色谱柱的填料和载体、相关理论公式、色谱柱的选择和分类等方面系统解读液相色谱柱，让读者对于液相色谱柱有一个较为全面的了解。
液相色谱技术是目前最有用和使用最广泛的应用分析技术。其发展历史概略如下：
- 1900年早期，由M.S.Tsweet发明了纸色谱法；
- 1940年早期，A.J.P.Martin发明了分配色谱和纸色谱法；
- 1950年晚期，S.Moore和W.S.Stein发明了氨基酸的分析仪；
- 1960年早期，Waters公司发明了凝胶渗透色谱法；
至此，液相色谱理论和相关技术开始起步和发展。色谱柱是液相色谱发展的关键属性，是色谱系统的心脏。1941年，Martin报道说：“最有效的色谱柱应该通过较小粒径、较小的填料以及利用色谱柱内部存在压力差来获得”。经过近六十年的理论和技术的发展，今天几乎已经不太可能会出现那种无法找到柱子来解决一个特定的HPLC分离实验的问题。色谱柱内部的填充包含有固相载体和一个附着的固定相。固相载体常见的材料是二氧化硅，其它较少应用的有聚合物：聚苯二烯-二乙烯基苯或聚甲基丙烯酸脂；还有氧化锆、二氧化钛或氧化铝，石墨化碳等。对于二氧化硅载体，常用的颗粒类型是完全多孔的硅胶颗粒，其次是表面多孔颗粒，薄壳型颗粒，和灌注颗粒。前两者主要用于小分子的分离与制备，后两者常用于大分子的分离与制备。硅胶颗粒的粒径大小一般在1.5μm-5.0μm范围。孔径大小为7nm-12nm用于小分子分离，15-100nm用于大分子分离。硅胶整体柱是另一种载体，不同于上面的颗粒。它是由一个内部连接的多孔床组成，是以一块多孔的硅胶为基础制备得到的。孔的直径一般有2μm 和10nm两种。
官能团 | 模式 | 注释 |
C3，C4，C5， | RPC | 用于分离蛋白质 |
C8，C18 | RPC | 最常用的柱子，用于小分子化合物；相近的保留能力和选择性 |
C30 | RPC | 主要用于胡萝卜素的分离 |
苯基 | RPC | 常见柱子，主要用于改变选择性 |
嵌入极性基团（酰胺、氨基甲酸盐、尿素） | RPC | 常用的柱子，主要与含水比例较高的流动相共用，以提高碱性溶质分子的峰形，或者改变选择性 |
高氟苯酚（PFP） | RPC | 较少用的柱子，主要用于改变选择性 |
氰基 | RPC，NPC | 较少用的柱子 |
NH2 | RPC，NPC，IEC | 较少用的柱子 |
双醇 | RP，NP，SEC | 主要用于在SEC分离 |
WAX，WCX，SAX，SCX | IEC | 主要用于分离无机离子或者较大的生物分子 |
*固定相组成的详情可参考第5部分。
色谱柱的选择性与固定固的属性和连接方式有密切关系。载体和键合相之间的连接方式有多种，第一种是硅烷-硅烷键合技术有单键、双键、三键和双齿键合四种技术，使用多键键合可提高固定相在低pH条件下的稳定性；第二种是硅胶封端技术，可以提高填料在碱性条件下的稳定性，改善极性化合物和碱性化合物的峰形；第三种是在硅胶表面引入甲基、异丙基或异丁基等烷基，起空间位阻保护作用，避免在低pH条件下O-Si键的断裂；第四种是嵌入极性基团，提高固定相的亲水性和选择性；第五种是引入带电填料颗粒，在色谱柱上实现多种分离机理。溶质分子在色谱柱上的保留是由溶质分子、固定相和流动相之间的相互作用决定的。它们之间的相互作用包括：①疏水性作用；②固定相对较大分子的空间排阻作用；③固定相与溶质分子间的氢键作用；④固定相与溶质离子间的静电相互作用；⑤偶极溶质分子与固定相间的偶极作用；⑥芳香溶质分子苯基柱，或者腈基柱间的π-π作用；⑦螯合的溶质分子与固定相表面的金属污染物形成复合物。色谱柱是HPLC分离的核心参数，HPLC的分模式有以下几种，见表2。
色谱模式 | 注释 |
反相色谱法 | 色谱柱是非极性的，流动相是水和有机相 |
正相色谱法 | 色谱柱是极性的（如未键合的硅胶颗粒），由极性较弱的有机溶剂组成流动相 |
非水反相色谱法 | 色谱柱是非极性的，由有机溶剂混合组成流动相；主要用于疏水性强、不溶于水的样品 |
亲水作用色谱法 | 色谱柱是极性的，由水和有机溶剂混合为流动相 |
离子交换色谱法 | 色谱柱含有带电的官能团，键合带有相反电荷的样品离子，流动相是盐的水溶剂和缓冲液；可分离生物大分子 |
离子对色谱法 | 同上述反相色谱，流动相中加入能与带有相反电荷的样品离子作用的离子对试剂 |
尺寸排阻色谱法 | 惰性色谱柱与水性或有机的流动相工作；基于分子量的大小分离，用于生物大分子或聚合物 |
色谱柱的条件包括色谱柱的长度、直径、填充颗粒的大小和流动相的速率，这些条件决定了色谱柱的理论塔板数、分离时间和柱子压力。与色谱相相关的公式有三个。
适用于高斯色谱峰，N代表色谱柱理论塔板数，是色谱柱柱效衡量的参数。
为溶质的保留时间，W是溶质峰在基线处的峰宽。保留时间越长，N越大；反之，峰宽越大，N越小。N的大小取决于柱填料性质、柱内径、柱长度和溶质分子的性质等。
理论塔板数也可用下面等式估测：
, L代表色谱柱的长度，
为颗粒直径。理论上讲，柱子越长，柱塔板数越高；颗径越小，柱塔板数越高。
第二个公式是Van Deemter方程:H=A+Blu+Cu，H为总色谱峰谱带展宽，A为纵向（柱外）扩展因素引起的谱加宽；Blu为涡流扩散因素引起的谱加宽，由填充颗粒的排列方式决定；Cu为固定相的溶质转移因素引起的谱加宽；对于已知的溶质和色谱柱，A、B和C是固定的常数。由第一个公式可以看出，溶质分子谱带展宽会影响色谱柱的N，因此在保持tR一定的条件下，如何减少溶质分子的谱带加宽，是提高色谱柱柱效要考虑的主要因素。
Rs代表峰与峰之间的分离度；
代表两个色谱峰的保留时间之差；
代表两个色谱峰在基线处峰宽的之差。色谱峰间的保留时间差越大，分离度越大；峰宽之差越小，分离度越大。该公式与第一个公式的注释类似，用保留时间和峰宽进行计算，取决于柱填料性质、柱内径、柱长度和溶质分子的性质等。
液相色谱柱的分类在USP中已经更新到了L120，每类色谱柱主要包含色谱的填料和键合相种类，以及填料的直径或者孔径等信息。需要注意的是，在USP中每类色谱柱的描述下面会有厂家品牌的具体色谱柱清单，但该清单不作为USP推荐，仅用于分析工作者的参考。无论是在附录、更新版的USP-NF中，还是在修订公告或临时修订公告中，只有当提及色谱柱的文本成为正式文本时，新柱子的名称才会收到一个编号。在药典论坛的提案期间，新的色谱柱将在数据库中用“L”、“G”或“S”标识，后面是专著标题和括号中的柱品牌名称。在提案期间，不会为其指定编号。L1：十八烷基硅烷化学键合到多孔二氧化硅微粒上，直径1.5至10μm，或为整体柱。L2：十八烷基硅烷化学键合到硅胶上，表面孔隙直径为30至50μm的实心球芯。L3：多孔二氧化硅颗粒，直径1.5-10μm，或为整体柱。L4：可控表面多孔硅胶键合到一个直径为30～50μm的实心球芯上。L6：强阳离子交换填料，在直径30至50μm的实心球形芯上涂有磺化氟碳聚合物。L7：八烷基硅烷化学键合到直径为1.5至10μm的完全多孔或表面多孔的二氧化硅颗粒，或为整体柱。L8：氨基丙基硅烷化学键合到1.5至10μm的完全多孔硅胶载体，或为整体柱。L9：不规则或球形的完全多孔硅胶，具有化学键合、强酸性阳离子交换涂层，直径为3～10μm。L10：丁腈基化学结合到多孔硅胶颗粒1.5到10μm直径，或为整体柱。L11：苯基化学键合到1.5到10μm直径的多孔二氧化硅颗粒，或为整体柱。L12：一种强阴离子交换填料，通过季胺类化学键合到直径为30至50μm二氧化硅实球形芯上。L13：三甲基硅烷与直径为3至10μm的多孔二氧化硅颗粒化学结合。L14：具有化学键合强碱性季铵阴离子交换涂层的硅胶，直径为5～10μm。L15：六烷基键合到全多孔二氧化硅颗粒上，直径3-10μm。L16：二甲基硅烷与多孔二氧化硅颗粒化学键合，直径5-10μmL17：由磺化交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚物组成的强阳离子交换树脂，氢型，直径6-12μm。L18：氨基和氰基化学键合到多孔二氧化硅颗粒上，直径3-10μm。L19：强阳离子交换树脂，由磺化交联的苯乙烯-二乙烯苯共聚物组成，钙型，直径5-15 μm。L20：二氢丙烷基与多孔二氧化硅颗粒化学键合，直径1.5到1μm，或为整体柱。L21：一种刚性球形苯乙烯-二乙烯苯共聚物，直径3至30μm。L22：阳离子交换树脂为多孔聚苯乙烯凝胶，含磺酸基，直径为5～15μm。L23：一种阴离子交换树脂，由多孔聚甲基丙烯酸酯或聚丙烯酸酯凝胶制成，具有7～12μm的季铵基团。L24：聚乙烯醇与多孔二氧化硅颗粒化学键合，直径5μm。L25：用于中性、阴离子和阳离子水溶性聚合物的填料，其分子量在100-5000之间（由聚氧化乙烯测定）。结果表明，用聚羟基醚（表面含有一些残余羧基官能团）交联的聚甲基丙烯酸酯树脂基是合适的。L26：丁基硅烷化学键合到完全多孔或表面多孔的二氧化硅颗粒上，直径1.5至10 μm。L28：一种多功能载体，由高纯度100埃、与阴离子交换剂结合的球形二氧化硅基质，由常规胺基以及C8基团组成。L29：由g-氧化铝、反相低碳重量百分比,氧化铝聚丁二烯球形颗粒组成,直径5μm 和80埃的孔隙体积。L30：乙基硅烷化学键合到全多孔硅颗粒，直径3-10μm。L31：一种氢氧化物选择性强阴离子交换树脂季胺类树脂，结合在乳胶粒子上，该乳胶粒子附着在8.5μm大孔粒子的芯上，该大孔粒子的孔径为2000埃，由与55%二乙烯苯交联的乙烯基苯组成。L32：一种手性配体交换树脂，L-脯氨酸铜络合物共价键合到直径为5-10μm的不规则形状的二氧化硅颗粒上。L33：4000-500000道尔顿范围内按分子大小键合在球形硅胶上，可用于分离葡萄糖。L34：强阳离子交换树脂，由磺化交联的苯乙烯-二乙烯苯共聚物（铅型）组成，直径7-9μm。L35：一种锆稳定球形二氧化硅填料，其具有孔径为150埃的亲水（二醇型）分子单层键合相。L36：一种L-苯基甘氨酸的3，5-二硝基苯甲酰衍生物，共价键合到5-μm氨基丙基二氧化硅上。L37：能够在2000-40000道尔顿范围内按分子大小分离蛋白质，它是一种聚甲基丙烯酸酯凝胶。L38：一种用于水溶性样品分离的甲基丙烯酸盐基分子排阻柱子。L39：全多孔球形树脂的亲水性聚羟甲基丙烯酸酯凝胶。L40：纤维素Tris-3,5-二甲基苯氨基甲酸酯涂层多孔二氧化硅颗粒，直径3-20 μm。L41：球形二氧化硅颗粒上固定化α1酸糖蛋白，直径为5μm。L42：辛基硅烷和十八烷基硅烷基，以化学方式键合至直径为5μm之多孔硅胶上。L43：五氟苯基通过直径为1.5至10μm的丙基片段与二氧化硅颗粒化学结合。L44：一种多功能载体，由高纯度、60埃、与阳离子交换剂结合的球形二氧化硅基质、有磺酸功能基及常规反相C8功能组成。L45：β-环糊精，R,S-羟丙基醚衍生物，与多孔二氧化硅颗粒结合，直径3-10 μm。L46：聚苯乙烯/二乙烯基苯基底，与季胺类功能化乳胶珠结合，直径约9μm至11μm。L47：大容量阴离子交换微孔基质，含全功能化三甲胺基，直径8μm。L48：磺化交联聚苯乙烯，外层为亚微米、多孔、阴离子交换微球，直径5-15μm。L49：一种反相填料，通过在直径为3至10μm的球形多孔氧化锆颗粒上涂上一薄层聚丁二烯制成。L50：具有反相保持和强阴离子交换功能的多功能树脂。树脂由乙烯基苯组成，55%与二乙烯基苯共聚物交联，直径3-15 μm，表面积不小于350 m2/g。基体涂有季铵功能化乳胶粒子，由苯乙烯与二乙烯基苯交联而成。L51：直链淀粉 tris-3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯涂层，多孔球形二氧化硅颗粒，直径3-10 μm。L52：一种强阳离子交换树脂，由具有磺丙基或磺甲基的多孔二氧化硅制成，直径1到10 μm。L53：弱阳离子交换树脂，由乙烯基苯组成，55%与二乙烯基苯共聚物交联，直径3~15μm。基质表面接枝羧酸和/或磷酸官能化单体。容量不小于500μEq/柱。L54：一种尺寸排阻介质，由葡聚糖与高度交联的多孔琼脂糖珠共价键合而成，直径5-15 μm。L55：一种强阳离子交换树脂，由涂有聚丁二烯-马来酸共聚物的多孔二氧化硅制成，直径约5μm。L56：丙基硅烷化学方式结合至直径为3至10 μm的完全或表面多孔硅胶上。L57：一种手性识别蛋白、卵球形粘液化学结合到二氧化硅颗粒上，直径约5μm，孔径为120埃。L58：强阳离子交换树脂，由磺化交联的苯乙烯-二乙烯苯共聚物构成，呈钠型，直径约6-30μm。L59：能够在5-7000 kDa范围内以分子量分离蛋白质，填料为球形1.5-10μm二氧化硅或具有亲水涂层的混合填料。L60：球形多孔硅胶，直径为10μm或更小，其表面已与烷基酰胺基团共价改性并封端。L61：一种氢氧化物选择性强阴离子交换树脂，由孔径小于10埃的13 μm微孔颗粒的高度交联芯组成，由与55%二乙烯苯交联的乙烯基苯组成，乳胶涂层由直径为85纳米的微生物组成。与烷醇季铵离子（6%）键合的EADS。L62：C30硅烷键合在直径3至15μm的全多孔球形二氧化硅上。L63：糖肽替考拉宁通过多重共价键连接到一个100埃的球形二氧化硅上。L64：强碱性阴离子交换树脂，由8%交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和季铵基氯形成，直径45-180 μm。L65：强酸性阳离子交换树脂，由2%磺化交联苯乙烯-二乙烯基苯共聚物和一个氢型磺酸基组成，直径63-250μm。L66：在5μm粒径硅胶基底上涂覆冠醚，活性部位为（S）-18-冠-6-醚。L67：带有C18烷基的多孔乙烯醇共聚物，连接到聚合物的羟基上，直径2到10μm。L68：球形多孔二氧化硅，直径10μm或更小，其表面经烷基酰胺基共价修饰和未封端。L69：乙烯基苯/二乙烯基苯基质与季胺类功能化130纳米乳胶珠聚合，直径约6.5 μm。L70：纤维素三（苯基氨基甲酸酯）涂层在5μm二氧化硅上。L72：（S）-苯甘氨酸和3,5-二硝基萘-尿素键共价键合到二氧化硅上。L73：一种刚性球形聚二乙烯苯颗粒，直径5至10μm。L74：一种强阴离子交换树脂，由具有100埃平均孔径的7 μm大孔颗粒的高度交联芯组成，由与55%二乙烯苯交联的乙烯基苯和接枝到表面的阴离子交换层组成，其功能化基团为烷基季铵离子。L75：一种手性识别蛋白，牛血清白蛋白（BSA）化学键合于二氧化硅颗粒，直径约为7μm，孔径为300埃。L76：硅基弱阳离子交换材料，直径5μm。底物是表面聚合的聚丁二烯马来酸，以提供羧酸功能。容量不小于29μeq/柱。L77：弱阳离子交换树脂，由乙烯基苯组成，55%与二乙烯基苯共聚物交联，直径6-9μm。基质表面接羧酸官能团，容量不小于500μeq/柱（4 mm x 25 cm）。L78：一种硅烷配体，由反相（一个比C8长的烷基链）和阴离子交换（一级、二级、三级或四分之一氨基）官能团组成，这些官能团通过化学方式结合到多孔或非多孔的二氧化硅微粒上，直径为1.0到50μm，或为整体柱。L79：一种手性识别蛋白，人血清白蛋白（HSA）化学键合在二氧化硅颗粒上，直径约5μm。L80：纤维素tris-（4-甲基苯甲酸酯）涂层，多孔球形二氧化硅颗粒，直径5-20μm。L81：一种氢氧化物选择性强阴离子交换树脂，由9 μm多孔颗粒的高度交联芯组成，孔径为2000埃，由乙烯基苯与55%二乙烯基苯交联而成，乳胶涂层由70纳米直径的微球（6%）组成。交联）与烷醇季铵离子结合。L82：聚胺与交联聚乙烯醇聚合物化学键合，直径5μm。L83：一种氢氧化物选择性强阴离子交换树脂四分之一胺，结合在乳胶粒子上，该乳胶粒子附着在具有10埃孔径的10.5μm微孔粒子芯上，由与55%二乙烯苯交联的乙烯基苯组成。L84：弱阳离子交换树脂，由乙烯基苯组成，55%与二乙烯基苯共聚物交联，直径5μm。基质表面接枝羧酸官能团。容量不小于8400μeq/柱（5 mm x 25cm）。L85：一种硅烷配体，由反相（一个比C8长的烷基链）和弱阳离子交换（羧基）官能团组成，它们通过化学方式结合到直径为1.0到50 μm的多孔或非多孔颗粒上。L86：熔融的核粒子与高度极化的配体，具有多个羟基在硅胶外层，直径1.5至5μm。L87：十二烷基硅烷化学键合到多孔或表面多孔的二氧化硅颗粒上，1.5到10μm。L88：糖肽万古霉素通过多重共价键与100-200埃的球形二氧化硅相连。L89：用于中性和阴离子水溶性聚合物的填料，具有分离分子量在100-3000（由聚氧化乙烯测定）之间的化合物的能力。是一种聚甲基丙烯酸酯树脂基，与聚羟基醚交联（表面含有一些残留的阳离子官能团）。L90：直链淀粉tris-[（s）-α-甲基苄基氨基甲酸酯]包覆在直径为3-10μm的多孔球形二氧化硅颗粒上。L91：一种强阴离子交换树脂，由单分散多孔聚苯乙烯/二乙烯基苯珠与季胺偶联而成,珠子尺寸为3-10 μm。L92：一种强阴离子交换树脂，由具有100埃平均孔径的5-9μm大孔颗粒的高度交联芯组成，由与55%二乙烯苯交联的乙烯基苯和接枝到表面的阴离子交换层组成，其功能化基团为烷醇季铵离子。L93：纤维素tris-（3,5-二甲基苯基氨基甲酸酯）反相手性固定相涂覆在3或5μm μm硅胶颗粒上。
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