色譜速率理論——Van Deemter方程的圖解 |
我們學習色譜理論的時候,都學習過速率理論,用以解釋色譜峰展寬的原因。我們大概也都學習過經典的Van Deemter方程,如下所示: H=A+B/u+Cu H 理論塔板高度 A 渦流擴散項 B/u 縱向擴散項 Cu 傳質阻力項 或者略微詳細一點,方程這樣寫法的: H=A+B/u+Cs.u+Cm.u 將傳質阻力項C.u分開討論,Cs.u和Cm.u。 Cs.u 固定相傳質阻力項 Cm.u 流動相傳質阻力項 下圖是我們比較熟悉的,Van Deemter方程曲線: 流速和理論塔板高度的曲線,由圖可知,分析中需要選擇合適的柱流速,才能實現較高柱效。 更加詳細一點的,即方程2的圖解(摘自劉虎威老師的《氣相色譜方法及應用》): 下面逐項用簡單圖解給予解釋: A 渦流擴散項圖解 對于填充柱,物質分子在色譜柱內運行時產生的多重路徑現象,即不同分子在色譜柱內運行路徑長度不同,造成色譜峰展寬。 渦流擴散項與色譜柱流速無關。采用較小體積、分布較為均勻的的填充顆粒,會降低渦流擴散項。 毛細管柱不存在渦流擴散項,毛細管柱的Van Deemter 方程中,沒有A項(其實A和流速也是有關系的,有Gdings的修正方程)。 B/u 縱向擴散項 樣品在色譜軸向方向上存在有濃度差異,樣品帶內濃度較高,會在色譜柱軸向上產生擴散現象,如下圖所示: 增加色譜柱流速,會使得縱向擴散項減小。減弱由此項導致的色譜峰展寬。 C.u 傳質阻力項 傳質阻力項分為固定相傳質阻力Cs.u和流動相傳質阻力Cm.u。反映了色譜樣品在色譜柱內流動相和固定相中傳遞受到的阻力。 Cs.u 固定相傳質阻力項 固定相傳質阻力項,樣品在固定相和流動相界面間進行分配的時候,樣品進入到流動相中然后再逸出,需要消耗一定的時間,造成了譜帶的展寬。 色譜柱流速增大,固定相傳質阻力越大(實際上是物質在兩相間分配的速度和流動相流速之間的差距加劇了)。 較少的固定液含量、較薄的液膜厚度,會帶來較小的固定相傳質阻力。 Cm.u 流動相傳質阻力項 流動相傳質阻力項,樣品分子在流動相(載氣)中自由運動,可以將其運動分解成平行于流動相流動方向和垂直流動相方向,即YOZ平面上的運動。 色譜柱徑向(YOZ平面)上的運動,會造成譜帶展寬。色譜柱流速增大,流動相傳質阻力會增大,但是增大到一定程度之后,變化就不太明顯了(分子在色譜柱徑向的運動和載氣流速相比較影響就比較低了)。 較大的色譜柱內徑會帶來較大的流動相傳質阻力。 綜合所有項,就有了我們比較熟悉的Van Deemter曲線,色譜分析中,柱流速較高或者較低,都會損失柱效,不利于分離。 小結: 用圖解的辦法,解釋了Van Deemter 方程的各項。細內徑、薄液膜、合適的流速,會帶來較好柱效。 |