ガスクロマトグラフィー（GC）の基礎
Ⅰ章-3 カラムの原理
Ⅰ章-3-1 分離のしくみ
ガスクロマトグラフィーにおける、分離のしくみについて説明します。試料注入部で気化した試料混合物は、キャリヤーガスによって運ばれ、カラム内に入ります。
カラム中では試料成分とカラム中の固定相との相互作用（吸着、分配）により、各成分が選択的に遅延することにより検出器までの到達時間に差が現れて分離が達成されます。
Ⅰ章-3-2 固定相による分類
固定相の種類により、気-固クロマトグラフィーと気-液クロマトグラフィーに分類されます。気-固クロマトグラフィーは、試料と固定相（吸着剤）の吸着により分離されます。吸着剤にはシリカゲル、活性炭、アルミナ、合成ゼオライトなどを使用し希ガスや低級炭化水素の分離に多く使用されています。
気-液クロマトグラフィーでは試料と固定相（液相）の分配により分離されます。液相にはジメチルポリシロキサンやポリエチレングリコールなどが多く使用され有機化合物全般の分離に使用されます。
Ⅰ章-3-3 カラムによる分類
カラムの種類には、ステンレスやガラスなどの内径2～4mmの管の中に粒子状の充填剤をつめた充填カラム（パックドカラム）と、フューズドシリカやステンレスなどで内径1mm以下の管の内面に液相や充填剤を保持させたキャピラリーカラムがあります。
Ⅰ章-3-4 パックドカラムとキャピラリーカラムの比較
ガスクロマトグラフィーにおける分離カラムは、パックドカラムとキャピラリーカラムの2つに分けることができます。
| パックドカラム | キャピラリーカラム | |
|---|---|---|
| 内径(mm) | 2～4 | ～1 |
| 長さ(m) | 1～5 | 5～100 |
| 膜厚(µm) | 3～10 | 0.1～5.0 |
| 理論段数N | 2,000～100,000 | 7,500～300,000 |
| 分離能N／m | 2,000～2,500 | 1,500～5,000 |
| 材質 | ガラス・ステンレス他 | フューズドシリカ・ステンレス他 |
| 不活性度 | 低い | 高い |
| サンプル負荷量(µg) | 10～20 | 0.05～3.0 |
パックドカラムは、固定相を含浸、塗布した担体、または吸着剤をガラスやステンレスの管に充填したものです。キャピラリーカラムは、中空細管の内面に、固定相または吸着剤を塗布、もしくは化学結合したものです。
理論段数の大きいカラム、すなわち理論段相当高さ(HETP)の小さなカラムが性能のよいカラムといえます。性能のよいカラムとは、カラム内でのピークの広がりが小さいものを指します。カラム内でのピークの広がりの過程を説明するものとしてVan Deemterの式があります。
HETP = A + B / u + (Cs + Cm) u
A ： 多流路拡散
B ： キャリヤーガス中での分子拡散
Cs ： 固定相での物質移動抵抗
Cm ： 移動相での物質移動抵抗
u ： キャリヤーガスの平均線速度
Van Deemterの式からキャピラリーカラムとパックドカラムの違いを考えます。Aは多流路拡散に関する項で、カラム内の渦によって生じる移動相の乱流を考慮したものです。ただし、キャピラリーカラムの場合には、パックドカラムのように多流路が存在しないため、Aの項によるピークの広がりはほとんど無視できます。
