更短的運行時間、更銳利的峰、更高的分離度和更低的載氣成本……我們都想要！這些目標(biāo)似乎相互矛盾，但可以通過了解氣體流經(jīng)不同尺寸的氣相色譜 (GC)色譜柱時的氣體行為來實現(xiàn)。氮氣已被用作載氣，GC 色譜柱具有窄內(nèi)徑 (ID) 以實現(xiàn)這些目標(biāo)，我想就不同載氣的效率和在不同的列尺寸。

氮氣的分子質(zhì)量遠(yuǎn)大于氦氣或分子氫。當(dāng)使用氮氣作為載氣時，它會以比氦氣更大的力量撞擊揮發(fā)的分析物。當(dāng)分析物正處于進(jìn)入或離開固定相的中間時，這一點尤其重要。然后，包含特定分析物的分子集合將分布在更長的長度上，從而導(dǎo)致譜帶變寬和峰變寬。想象一下在強(qiáng)風(fēng)和雨中搖晃的樹木，您可以看到如果氮氣流過 GC 色譜柱的速度過快，分析物條帶將如何變寬。結(jié)果是氮氣必須以比氦氣更慢的速度（具體來說是線速度）流過色譜柱，以保持尖銳和有效的峰。

較大質(zhì)量的氮氣實際上比氦氣或氫氣更具優(yōu)勢。當(dāng)以最佳速度使用時，氮氣會在 GC 期間產(chǎn)生最·有效的峰，因為一旦分析物處于揮發(fā)狀態(tài)，大量的氮氣會最大限度地減少縱向擴(kuò)散。較大質(zhì)量的氮從后面有力地沿著揮發(fā)的分析物引入，同時還抑制了揮發(fā)的分析物的特別高能分子向前沖。那么，我們?nèi)绾卧跊]有長時間運行的情況下使用氮氣呢？使用較窄的列。

載氣通過GC 色譜柱時會受到“層流"流動影響。層流效應(yīng)描述了靠近柱子中心與沿著柱子內(nèi)壁的氣流行為的差異。中心的氣體既受益于來自柱頭壓力的大部分力，也受益于沿柱內(nèi)壁缺乏摩擦力。相反，靠近墻壁的氣體會同時遭受這兩種疾 病，導(dǎo)致靠近中心的氣體膨脹。具有更寬 ID的列為這個凸起提供了更大的機(jī)會，當(dāng)使用更寬的直徑時，用戶將需要應(yīng)用更慢的線速度。層流效應(yīng)在具有窄內(nèi)徑的色譜柱中不會那么明顯，并且用戶實際上可以應(yīng)用比給定載氣的典型線速度更快的線速度。

作為一個快速說明，流速肯定會隨著色譜柱的 ID 增加和減少，其方式與 HPLC 相同。通常，我們將通過對寬色譜柱應(yīng)用快速流速和在窄色譜柱應(yīng)用慢流速來調(diào)整流速以保持一致的線速度。n HPLC 色譜柱填充有顆粒，而毛細(xì)管 GC 色譜柱是開管，因此在 GC 期間層流效應(yīng)成為更多考慮因素（至少在使用 WCOT 色譜柱時）。

如果我們將所有這些放在一起，氮氣需要比氦氣更慢的線速度，但窄內(nèi)徑色譜柱允許我們提高預(yù)期載氣的線速度。氮氣在 0.25 毫米內(nèi)徑色譜柱上的理想線速度約為 12 厘米/秒，但在 0.10 毫米內(nèi)徑色譜柱上的理想線速度約為 15 厘米/秒。當(dāng)氦氣被理想化時，氮氣的運行速度可能比這些理想化值略快，并且仍然保持與氦氣相媲美的合適效率（不要忘記使用氮氣時缺乏縱向擴(kuò)散）。最終結(jié)果是您可以通過 0.10 mm ID GC 色譜柱以 18 – 20 cm/sec 的速度運行氮氣，這與通過更寬的 0.32 mm ID 色譜柱的 24 cm/sec 流速相當(dāng)。

氮氣將產(chǎn)生三種常見載氣中最尖銳的分析物峰。氮氣的唯·一缺點是由于氮氣的質(zhì)量較大，因此實現(xiàn)最佳效率所需的線速度較慢。當(dāng)使用窄內(nèi)徑的氣相色譜柱時，層流動力學(xué)允許氮氣以更高的線速度運行，最終導(dǎo)致運行時間更短，同時產(chǎn)生更尖銳的峰并使用更安全、更經(jīng)濟(jì)的載氣。