第四章 (一) 色谱法概述.ppt

（3）塔板理论结论 第一 当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数n大于 50 时，可得到基本对称的峰形曲线。在色谱柱中，n值—般是很大的，如气相色谱柱的n约为 103-106。因而这时的流出曲线可趋近于正态分布曲线。 第二 当试样进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离。 第三 n 与半峰宽度及峰底宽的关系式为： 式中tR与Y1/2(或Y)应采用同一单位(时间或距离).可以看出，在tR一定时，如果色谱峰越窄，则说明n越大，H越小．柱效能越高。 续 在实际工作中，常用有效塔板数n有效表示柱效： 因为在相同的条件下，对不同的物质计算所得的塔板数不一样，因此，在说明柱效时，除色谱条件外，还应指出是用什么物质来进行测量的。 （4）例题（理论塔板数的计算） 已知某组分峰的峰底宽40s，保留时间为400s，计算此色谱柱的理论塔板数。 解： 3. 速率理论-影响柱效的因素 1956年荷兰学者范.弟姆特（Van Deemter）等在研究气液流色谱时，提出了色谱过程动力学理论—速率理论。他们吸收了塔板理论中板高的概念，并充分考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，从而在动力学基础上较好地解释了影响板高的各种因素。该理论模型对气相、液相色谱都适用，Van Deemter方程的数学简化式为： 续 式中H ：理论塔板高度， u 为流动相的线速度；A，B, C为常数，分别代表了涡流扩散项系数、分子扩散项系数、传质阻力项系数。 （1）改变A、B、C 三项可提高柱效； （2）存在着最佳流速； （3）A、B、C 三项各与哪些因素有关？ （1）涡流扩散项 A 在填充色谱柱中，当组分随流动相向柱出口迁移时，流动相由于受到固定相颗粒障碍，不断改变流动方向，使组分分子在前进中形成紊乱的类似“涡流”的流动，故称涡流扩散。 由于填充物颗粒大小的不同及填充物的不均匀性，使组分在色谱柱中路径长短不一，因而同时进色谱柱的相同组分到达柱口时间并不一致，引起了色谱峰的变宽。色谱峰变宽的程度由下式决定： 续 A=2λd p L A与填充物的平均直径dp的大小和填充不规则因子λ有关，与流动相的性质、线速度和组分性质无关。为了减少涡流扩散，提高柱效，使用细而均匀的颗粒，并且填充均匀是十分必要的。对于空心毛细管，不存在涡流扩散。因此 A＝0。 (2) 分子扩散项 B／u (纵向扩散项) 纵向分子扩散是由浓度梯度造成的。组分从柱入口加入，其浓度分布的构型呈“塞子”状。如右图所示。它随着流动相向前推进，由于存在浓度梯度，“塞子”必然自发地向前和向后扩散，造成谱带展宽。分子扩散项系数为： B＝2γDg (a) 柱内谱带构型； (b) 相应的响应信号。 式中γ是填充柱内流动相扩散路径弯曲的因素, 也称弯曲因子，它反映了固定相颗粒的几何形状对自由分子扩散的阻碍情况,填充柱色谱, γ 1。 Dg为组分在流动相中扩散系数(cm2·s-1)。 续 Dg与流动相及组分性质有关（柱温；柱压等）： (a) 扩散导致色谱峰变宽，H↑( n↓)，分离变差; (b) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑; (c) 扩散系数：Dg ∝（M载气）-1/2 ； M载气↑，B 值↓。 对于液相色谱，组分在流动相中纵向扩散可以忽略。 (3) 传质阻力项C· u 传质：物质系统由于浓度不均匀而发生物质迁移的过程。影响这个过程进行速度的阻力，叫传质阻力。 C =（C g + C L） 传质阻力包括气相传质阻力Cg 和液相传质阻力CL，液相相传质阻力大于气相传质阻力。即： 续 (a) 对于气液色谱。传质过程是指试样组分从气相移动到固定相表面的过程。传质过程中试样组分将在两相间进行质量交换，即进行浓度分配。有的分子还来不及进入两相界面，就被气相带走；有的则进入两相界面又来不及返回气相。这样，使得试样在两相界面上不能瞬间达到分配平衡，引起滞后现象，从而使色谱峰变宽。 (b) 对于液液分配色谱，传质阻力系数(C)包含流动相传质阻力系数(Cm)和固定相传质阻力系数（Cs），即： C = Cm + Cs （4）流动相线速度对板高的影响 (a) LC 的H—u 图 对于—定长度的柱子，柱效越高，理论塔板数越大，板高越小。但究竞控制怎样的线速度，才能达到最小板高呢?根据van Deemter公式作LC的H～u图.不难看出：对应某一流速都有一个板高的极小值，这个极小值就是柱效最高点. (b) 分子扩散项和传质阻力项对板高的贡献 较低线速时，分子扩散项起主要作用；较高线速时