常用规格色谱柱的流速和样品量换算

以常见的 4 个内径（1.0、2.1、3.0、4.6 mm）和 4 个柱长（30、50、100、150 mm）组合（共 16 种规格）做了具体换算表；公式同样适用于其它规格。

一、核心原则与公式

柱截面积 A = π d^2 / 4 （d 单位 mm，面积单位为 mm^2）

柱体积 V(µL) = A × L (mm^3) = π d^2 L /4 （1 mm^3 = 1 µL）

保持相同线速度 u：流速 F 与截面积成正比 F2 = F1 × (d2^2 / d1^2)

样品质量（或最大装样量）按柱体积比例放缩（近似）： M2 = M1 × (V2 / V1) = M1 × (d2^2 L2 / d1^2 L1)

注射体积按柱体积的一定百分比（避免色谱峰展宽）： 推荐注射体积 ≈ 0.5%–2% 的柱体积（分析柱），半制备可更高

梯度时间与体积关系（保持相对保留）：若要保持相同保留/分离，梯度时间 tG 可按柱体积比例缩放： tG2 = tG1 × (V2 / V1)

二、16 种规格的体积、建议流速与常用注射体积（基准：4.6×150 mm 对应流速 1.00 mL/min） （表中体积以 µL，注射体积给出 0.5% 与 1% 两档；流速为按 d^2 等比例换算的参考值）

d = 4.6 mm（d^2=21.16）

150 mm：V=2493 µL，F=1.00 mL/min，inj 0.5%=12.5 µL；1%=24.9 µL

100 mm：V=1662 µL，F=1.00 mL/min，inj 8.3 /16.6 µL

50 mm：V=831 µL，F=1.00 mL/min，inj 4.2 /8.3 µL

30 mm：V=499 µL，F=1.00 mL/min，inj 2.5 /5.0 µL

d = 3.0 mm（d^2=9.00，缩放因子 ≈0.426）

150 mm：V=1059 µL，F≈0.43 mL/min，inj 5.3 /10.6 µL

100 mm：V=706 µL，F≈0.43 mL/min，inj 3.5 /7.1 µL

50 mm：V=353 µL，F≈0.43 mL/min，inj 1.8 /3.5 µL

30 mm：V=212 µL，F≈0.43 mL/min，inj 1.1 /2.1 µL

d = 2.1 mm（d^2=4.41，缩放因子 ≈0.208）

150 mm：V=520 µL，F≈0.21 mL/min，inj 2.6 /5.2 µL

100 mm：V=346 µL，F≈0.21 mL/min，inj 1.7 /3.5 µL

50 mm：V=173 µL，F≈0.21 mL/min，inj 0.9 /1.7 µL

30 mm：V=104 µL，F≈0.21 mL/min，inj 0.5 /1.0 µL

d = 1.0 mm（d^2=1.00，缩放因子 ≈0.0473）

150 mm：V=118 µL，F≈0.047 mL/min（≈0.05），inj 0.6 /1.2 µL

100 mm：V=78.5 µL，F≈0.047 mL/min，inj 0.4 /0.8 µL

50 mm：V=39.3 µL，F≈0.047 mL/min，inj 0.2 /0.4 µL

30 mm：V=23.6 µL，F≈0.047 mL/min，inj 0.12 /0.24 µL

（注：上述注射体积是按“柱体积百分比”法估算，实际可用注射量还受样品溶剂、峰形、系统外体积等影响）

三、换算示例

将方法从 4.6×150（1.0 mL/min，注入 20 µL）换到 2.1×100：

流速：F2 =1.00 × (2.1^2 / 4.6^2) ≈1.00 × 0.208 = 0.208 mL/min ≈0.21 mL/min

注入体积按体积比例缩放：V(4.6×150)=2493 µL，V(2.1×100)=346 µL inj2 = 20 µL × (346 / 2493) ≈ 2.78 µL → 取 ~3 µL

若为梯度法，梯度时间也按体积比缩短：tG2 = tG1 × (346 / 2493)

样品质量：若在 4.6×150 上载 200 µg，换到 3.0×150： M2 = 200 × (1059 / 2493) ≈ 85 µg

四、注意事项与限制

粒径与色谱动力学：若替换柱的颗粒大小不同（如从 5 µm 到 1.7 µm），保持相同比例流速并不能完全保证相同柱效或峰形；需考虑压差与传质因素（保持相同线速度并调整温度或流速以优化）。

体系外体积（extra-column volume）：在窄内径（2.1/1.0 mm）系统中，系统死体积会显著影响峰形与分辨率，注入体积和连杆/接头需最小化。

溶剂效应：样品溶剂比流动相强时会产生提前淌峰或峰形变差，注入体积需更保守。

检测灵敏度：缩小内径或体积会降低绝对检测限（信号减小），但峰高可能增加（更窄的峰），需调整浓度或检测器设置。

压力限制：缩小内径或更小颗粒会显著增加背压，注意泵与柱的压力上限。

装样量不是单纯按体积放大：对于吸附型或分散性差的体系，最大装样量也取决于固定相表面积、分配系数和样品复杂度，预实验验证必需。

五、实操建议

先按上述比例换算流速与注入体积，做小范围方法优化（1–3 次验证实验）。

对等度梯度，按柱体积比缩放梯度时间并检查保留因子与分辨率。

当换成窄径柱（2.1 或 1.0 mm）时，减小注入体积并尽量用低死体积连接件，必要时使用分流或微量进样器。

若目标是制备放大（prep），应按固相表面积（g 填料）而不是仅按体积放大，并考虑流速与线速度匹配。