色谱法基本原理

色谱理论组分保留时间为何不同？色谱峰为何变宽？两组分完全分离的条件？热力学因素（组分和固定液的结构和性质）动力学因素（两相中的运动阻力，扩散）两种色谱理论：塔板理论和速率理论Importanta.两峰间有足够的距离;b.峰形较窄ABCD信号时间a.理想色谱体系b.非理想色谱体系ABCD信号时间一.塔板理论----柱效能指标（一）塔板理论的基本假设连续的分离割分成多次重复平衡（拟蒸馏过程）(1)在间隔内，平衡可迅速达到(2)将载气看作成脉动（间歇）过程(3)试样沿色谱柱方向的扩散可忽略(4)每次分配的分配系数相同（lxfp）（二）柱效能指标1.理论塔板数nn=5.54=162)(2/1WtR2)(bRWtH=Ln如柱长为L，则2.理论塔板高度Hn越大，H越小柱效能越高tR包tM，在tM内组分不参与柱内的分配Heff=Lneff3.有效塔板数neff和有效塔板高度Heff2)(2/1'WtRneff=5.54=162)('bRWt峰位一定时，组分柱效能越高，峰形越窄塔板理论的不足：（2）快速流动色谱不可能达到分配平衡。（3）纵向扩散不能忽略。（4）流动相速度及两相体积不能忽略考虑。F不同，柱效不同。（1）半经验理论，假设不完全符合色谱过程的实际。二、速率理论-－－影响柱效的因素1.速率方程:H=A+B/u+C·uH：理论塔板高度，u：载气的线速度(cm/s)减小A、B、C三项可提高柱效存在着最佳流速A、B、C三项各与哪些因素有关？涡流扩散A纵向扩散B/u传质阻力C*u1）涡流扩散项(Multipathterm,A)流动方向因填充物颗粒大小及填充的不均匀性——同一组分运行路线长短不同——流出时间不同——峰形展宽。（WLKS）A─涡流扩散项A=2λdpdp：固定相的平均颗粒直径λ：固定相的填充不均匀因子固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀λ↓，A↓，H↓，柱效n↑。2）纵向扩散项(Longitudinaldiffusionterm,B/u)纵向扩散是由于浓度梯度引起的。当样品被注入色谱柱时，它呈“塞子”状分布。随着流动相的推进，“塞子”因浓度梯度而向前后自发地扩散，使谱峰展宽。（fzks）B/u—纵向扩散项B=2Dg：弯曲因子，填充柱色谱，1。Dg：组分在气相中的扩散系数（cm2·s-1）(1)存在着浓度差，产生纵向扩散;(2)扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差(3)u↓，组份滞留t↑，纵向扩散↑;(4)Dg∝(M载气)-1/2；M载气↑，B值↓。k为容量因子；Dg、DL为扩散系数。减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。3）传质阻力项—C·u传质阻力包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL即：C=（Cg+CL）gpgDdkkC222)1(01.0LfLDdkkC22)1(32（czzl）4）H与u的关系H=A+B/u+CuHminH=cuuoptHu曲线有最低点：分子扩散项和传质阻力项之和最小。Hmin----最小塔板高度uopt----最佳线速度三．分离度R（resolution）------总分离效能指标柱效为多大时，相邻两组份能完全分离？难分离物质对的分离度大小受两种因素的综合影响：保留值之差──热力学因素峰宽──动力学因素色谱分离中的四种情况的讨论：①柱效较高，△K较大,完全分离②柱效高，△K不是很大，基本上完全分离③柱效较低，△K较大,但分离的不好；④柱效低，△K小，分离效果更差。分离度R表达式：R==)1()2(RRtt)()2()1(21bbWW)(2)1()2(RRtt)()2()1(bbWW)(.)()()(/)(/)()()()()()(121221121212699122YYttWWttRRRbbRR（1）R↗，两组分的分离效果变好。（2）R=1时，两峰分离程度~98%。（3）R=1.5时，两峰分离程度~99.7%。R=1.5----相邻两峰完全分离的标志R=1.5R=0.75R=1.0响应信号保留时间t,min影响因素=R=)()2()1()2(RRRttt4n4n)()()2()2()2()1()2(RRRRRttttt4n)()()2()2(1,21,21MRRtttrr=)()(11221,21,2kkrr4n=abc（a）柱效项。n↗,峰宽↘，R↗4n（b）柱选择项。r21↘,峰宽不变，R↗（c）容量因子项。k↗,tR↗,峰变宽。低柱温可增大分配系数，减少固定液流失过低的柱温使样品扩散速率变小，峰形变宽，柱效降低在使最难分离的组分有较好分离度、保留时间适宜、峰形不拖尾的前提下，尽可能采用较低的柱温和较低的固定液含量。实验条件对分离度的影响