比较气相色谱与液相色谱的H-u曲线,气相色谱与液相色谱的H-u曲线有哪些不同,是什么原因造成的?
液相色谱仪的系统由储液器、泵、进样器、色谱柱、检测器、记录仪等几部分组成。
气相色谱和液相色谱得到的H-u曲线,形状迥然不同,流动相的流速对柱效的影响也不一样,在气相色谱的H-u曲线上,塔板高度H随u变化呈双曲线.曲线有一蕞低点,这时柱效蕞高,板高蕞小,流速蕞佳。
而液相色谱H-u曲线,未出现流速降低板高增加的现象,由于蕞佳流速趋近于零,一般观察不到蕞低板高相对应的蕞佳流速。
在正常的情况下,流速降低,板高H总是降低的,这与气相色谱明显不同。
在气相色谱中流动相流速增大,柱效呈直线降低,而在液相色谱中,流动相流速增大,柱效平缓降低。
其主要原因是液相色谱的流动相为液体,液相的扩散系数Dm很小,通常仅为气相扩散系数的104~105分之一,所以分子扩散项在低u时也不起多大作用、因此液相色谱H-u曲线未能出现流速降低,板高增加现象。
到高速时,虽然柱内线速提高,但固定相和流动相的传质都能很快进行,故H-u曲线上升缓慢。
气相色谱中测得色谱柱的h-u曲线的作用
测得色谱柱的h-u曲线可以得到蕞佳载气流速Uopt,蕞小塔板高度Hmin,及相应的气相色谱柱理论塔板数。
测试原理
色谱柱的理论塔板数与很多实验参数有关,范第姆特(Van Deemter)在对色谱过程动力学研究的基础上,提出速率理论方程:
H = A + B/u + Cu
式中H为理论塔板高度,A为涡流扩散项,B/u为分子扩散项,Cu为传质阻力项,u为载气线速度(单位为cm/s),其中A,B,C均为常数,分别与固定相的平均粒度,载气的相对分子量,组分在气、液相中的扩散系数以及固定液液膜厚度等因素有关。
对已填充好的色谱柱来说,A,B,C常数均已固定。
图B26-1 为H-u曲线,曲线上Hmin对应最佳线速度Uopt,根据柱长L与塔板高度H的关系,理论塔板数n=L/H,在给定条件下,若在最佳流速下进行操作,可获得最高柱效。在曲线的最低点,塔板高度H最小(H最小)。
在一系列不同载气流速下,测得相应的H,并由u=L/tM求得载气的平均线速度,以H为纵坐标,u为横坐标,绘制H-u关系曲线,为获得最佳柱效提供依据。
但在实际操作中,为缩短分析时间,往往可以在不影响组分分离的情况下,采用比最佳流速稍大的流速即实用最佳流速来进行色谱分析。
液相色谱中测得色谱柱的h-u曲线的作用
式中df为固定液涂层厚度,Ds为组分在固定液中的扩散系数,Cs为常数。由式可见,较薄的固定液涂层时,Hs较小。
(2)移动流动相的传质阻力项。它是由于同一流路中靠近固定相表面处流速较慢而流路中心流速较快而造成的,其表达式为
式中dp为填充物平均颗粒直径,Dm为组分在流动相中的扩散系数,Cm为常数。显然填料颗粒越小,即流路越窄,Hm就越小。
(3)滞留流动相的传质阻力项。固定相的多孔性,使一部分流动相滞留在固定相微孔内。流动相中的试样分子要与固定相进行传质,必须先扩散到滞留区。孔有深度,且扩散路径不同就造成了谱带扩张,其表达式为
同理,要想提高液相色谱法的柱效,必须用小而均匀的固定相颗粒填充均匀,以减小涡流扩散和流动相传质阻力。改进固定相的结构,对于减小滞留流动相传质阻力以及固定相传质阻力至关重要。
此外,选用低粘度的流动相(如甲醇、乙腈等),也有利于减小传质阻力,提高柱效。