氣相色譜儀毛細管柱的材料組成和結構

毛細管柱的材料對制備一支高質量的氣相色譜儀毛細管柱是十分重要的。毛細管柱的材料應具有化學惰性，熱穩定性好，內表面光滑易潤濕以及操作方便等性能。自從毛細管氣相色譜柱發明以來，對許多材料，如塑料、銅、鎳和不銹鋼等進行過研究。目前普遍使用的是玻璃和石英玻璃材料，應用最多的是后者。

玻璃和石英玻璃的化學成分都是以二氧化硅為主。玻璃中的二氧化硅通常是一個硅原子和四個氧原子結合成四面體，每個二氧化硅四面體通過硅氧鍵形成一個三維網絡，這樣由硅和氧原子形成一個不規則的六元環。石英玻璃由于 Si-O-Si 之間的角度易于變動而具有柔性，這種環狀結構相對穩定。根據硅氧鍵角大小不同而形成不同的同分異構體。石英玻璃的硅氧夾角為 150 度，是一種最簡單的玻璃，通常稱為石英。石英具有高度交聯的三維結構，熔點高（近 2000℃），熱膨脹系數低。石英的成分主要是二氧化硅，含有極少的金屬氧化物，抗化學腐蝕性好，抗張強度高，可允許拉制成優質彈性薄壁毛細管柱。由它制作的毛細管柱通常稱為彈性石英毛細管柱。

在玻璃生產過程中，常加入各種金屬氧化物以改變物理和化學性能。加入 Na2O 可切斷 Si-O-Si 鍵而使玻璃軟化并降低粘度，增加熱膨脹系數和在水中的溶解度，降低抗化學腐蝕性。加入 CaO 和 MgO 可減小溶解度，增加抗化學刻蝕性。常用于毛細管柱材料的兩種玻璃是鈉－鈣玻璃（軟玻璃）和硼硅玻璃（硬玻璃）。Na₂O、CaO 和 B₂O₃ 等氧化物的加入使 Si-O-Si 鍵截斷，因此這些玻璃的熔點比石英要低得多。軟玻璃的熔點約 700℃, 硬玻璃比軟玻璃高 100～125℃。硬玻璃強度比軟玻璃好，不易脆碎，軟玻璃由于含有較高的 Na₂O 而呈堿性，硬玻璃由于含有 B₂O₃ 而呈酸性。

天然石英和人造石英都是作毛細管柱的好材料。天然石英在高溫和真空下熔化可制成熔融石英，純度隨石英原料的來源不同而異。如果在加工過程中注意減少污染，一般情況下金屬雜質含量可低于 1×10^-4 g/g。經進一步提純的熔融石英，金屬雜質含量可達 5×10^-5 g/g。人造石英基本上是純二氧化硅，金屬雜質含量小于 1×10^-6 g/g。