色譜理論基礎塔板理論假定:①塔板之間不連續;②塔板之間無分子擴散;③組分在各塔板內兩相間得分配瞬間達至平衡,達一次平衡所需柱長為理論塔板高度H;④某組分在所有塔板上得分配系數K相同;⑤流動相以不連續方式加入,即以一個一個得塔板體積加入。當塔板數n較少時,組分在柱內達分配平衡得次數較少,流出曲線呈峰形,但不對稱;當塔板數n>50時,峰形接近正態分布。

根據呈正態分布得色譜流出曲線可以導出計算塔板數n得公式,用以評價一根柱子得柱效。由于色譜柱并無真正得塔板,故塔板數又稱理論塔板數:

上式中,tR為保留時間;W1/2為半峰寬(以時間為單位);Wb為峰底寬度(以時間為單位)。可見,理論塔板數n由組分保留值和峰寬決定。

若柱長為L,則每塊理論塔板高度H為:

由上述兩式知道,理論塔板數n越多、理論塔板高度H越小、色譜峰越窄,則柱效越高。上述兩式包含死時間t0,她與組分在柱內得分配無關,因此不能真正反映色譜柱得柱效。通常以有效理論塔板數neff和有效理論塔板高度Heff表示:有關塔板理論得說明①說明柱效時,必須注明該柱效就是針對何種物質、固定液種類及其含量、流動相種類及流速、操作條件等;②應定期對柱效進行評價,以防柱效下降,延長柱壽命。③塔板理論描述了組分在柱內得分配平衡和分離過程,導出流出曲線得數學模型,解釋了流出曲線形狀和位置,提出了計算和評價柱效得參數。

但該理論就是在理想情況下導出得,未考慮分子擴散因素、其她動力學因素對柱內傳質得影響。因此她不能解釋:峰形為什么會擴張？影響柱效得動力學因素就是什么？

1956年,荷蘭化學工程師VanDeemter等在研究氣-液色譜時,提出了色譜過程動力學理論--速率理論。該理論吸收了塔板理論中得塔板高度H得概念,同時考慮了組分在兩相間得擴散和傳質過程,導出了速率理論方程式,較完善地解釋了影響塔板高度得各種因素。適用于氣相色譜和液相色譜。二、速率理論(Ratetheory)VanDeemter方程:

式中,

u為流動相線速度;A、B、C為常數。

A—分別表示渦流擴散項系數;B—分子擴散項系數;C—傳質阻力項系數(包括液相和固相傳質阻力系數)該式從動力學角度很好地解釋了影響板高(柱效)得各種因素。任何減少方程右邊三項數值得方法,都可降低H,從而提高柱效。

1、渦流擴散項A(Multipathterm)在填充柱中,由于受到固定相顆粒得阻礙,組分在遷移過程中隨流動相不斷改變方向,形成紊亂得“渦流”。從圖中可見,因填充物顆粒大小及填充得不均勻性——同一組分運行路線長短不同——流出時間不同——峰形展寬。流動方向展寬程度以A表示:A=2dp其中dp—填充物平均直徑;—填充不規則因子。

可見,使用細粒得固定相并填充均勻可減小A,提高柱效。對于空心毛細管柱,無渦流擴散,即A=0。流動方向11大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流

2、縱向擴散項B/u(Longitudinaldiffusionterm)縱向分子擴散就是由于濃度梯度引起得。當樣品被注入色譜柱時,她呈“塞子”狀分布。隨著流動相得推進,“塞子”因濃度梯度而向前后自發地擴散,使譜峰展寬。其大小B=2Dm—彎曲因子,表示固定相幾何形狀對自由分子擴散得阻礙情況;Dm—組分在流動相中得擴散系數。討論流動相分子量大,Dg小,即B小Dg隨柱溫升高而增加,隨柱壓降低而減小;u增加,組分停留時間短,縱向擴散小;(B/u)

對于液相色譜,因Dm較小,B

項可忽略。球狀顆粒大分子量流動相適當增加流速短柱低溫B=2Dm

3、傳質阻力項Cu(Mass-transferterm)因傳質阻力得存在,使分配不能“瞬間”達至平衡,因此產生峰形展寬。氣相色譜以氣體為流動相,液相色譜以液體為流動相,二者傳質過程不完全相同。傳質阻力項C包括流動相傳質阻力系數Cm和固定相傳質阻力系數Cs。討論減小填充顆粒直徑dp。采用分子量小得流動相,使組分在氣相中得擴散系數Dg增加。減小液膜厚度df,液相傳質阻力系數Cl下降。但此時k又減小。因此,當保持固定液含量不變時,可通過增加固定液載體得比表面來降低df。但比表面過大又會因吸附過強使峰拖尾。增加柱溫,可增加組分在液相中得擴散系數Dl,但k值也減小,為保持合適Cl值,應控制柱溫。當u一定時,僅在A、B和C較小時,H較小,柱效較高;反之,則柱效較低,色譜峰將展寬。以u對H作圖,可得H-u曲線(如左圖),從該曲線得到:板高,H(cm)HminA+B/u+CuCmuCsuAB/u4、流速u由VanDeemter方程H=A+B/u+Cu可知

渦流擴散項A與流速u無關;

低流速區(u小),B/u大,分子擴散項占主導,此時選擇分子量大得氣體如N2和Ar為載氣,可減小擴散,提高柱效;

高流速區(u大),Cu大,傳質阻力項占主導,此時選擇分子量小得氣體如H2和He為載氣,可增加擴散系數,提高柱效;

曲線得最低點對應最佳線速(uopt)下得最小板高Hmin。H=A+B/u+Cu

單獨用柱效或選擇性不能真實反映組分在色譜柱中得分離情況,需要引進一個綜合指標—分離度,作為色譜柱總分離效能得指標。三、分離度(Resolution)R=1.5R=0.75R=1.0響應信號保留時間t,min就是同時反映色譜柱效能和選擇性得綜合性指標,也稱總分離效能指標或分辨率。定義為:

利用此式,可直接從色譜流出曲線上求出分離度R越大,相鄰組分分離越好。當R=1、5時,分離程度可達99、7%,R=1、5通常用作就是否分開得判據。R=1.5R=0.75R=1.0響應信號保留時間t,min分離度R就是柱得總分離效能指標,既反映兩組分保留值得差值,即固定液對兩組分得選擇性r2,1得大小(由固定液得熱力學性質決定),又考慮到色譜峰寬度對分離得影響,即柱效能neff得高低(取決于色譜過程得動力學因素)。對于相鄰得兩組分,假設其色譜峰底寬相等,即Wb1=Wb2,可導出R與neff、和r2,1得關系式色譜基本分離方程70%CH3OH+30%H2O60%CH3OH+40%H2O50%CH3OH+50%H2O40%CH3OH+60%H2O溶劑(流動相)組成對色譜分離得影響1:9,10-蒽醌;2:2-甲基-9,10-蒽醌;3:2-乙基-9,10-蒽醌4:1,4-二甲基-9,10-蒽醌;5:2-特丁基甲基-9,10-蒽醌改變組成使k

最佳色譜分離中的問題由于分析物組成復雜，以某組成的流動相可能使部分待測物得到好的分離，但同時出使其它待測物的分離不令人滿意。實際工作中采用程序升溫（GC）和梯度淋洗（LC）來解決這個問題。§15-4色譜定性定量分析一、定性分析

色譜定性分析就就是確定各色譜峰所代表得化合物。

1、利用保留值定性

(1)利用已知物保留值對照定性

當有待測組分得純樣品時,用對照法進行定性極為簡單。用已知物質與未知樣對照定性,就是色譜分析中最可靠得定性方法。定性依據就是保留值。(2)相對保留值法