液相色譜儀相關知識之速率理論

速率理論（又稱隨機模型理論）

1.液相色譜速率方程
  1956年荷蘭學者Van Deemter等人吸收了塔板理論的概念，并把影響塔板理論高度的動力學因素結合起來，提出了色譜過程的動力學理論――速率理論。它把色譜過程看作一個動態非平衡過程，研究過程中的動力學因素對峰展寬（即柱效）的影響。后來Giddings和Snyder等人在Van Deemter方程（H=A+B/u+Cu,后稱氣相色譜速率方程）的基礎上，根據液體與氣體的性質差異，提出了液相色譜速率方程（即Giddings方程）：
H＝2λdp++\s\up5（2p+\s\up 5（2p+\s\up 5（2f

2.影響柱效的因素
1）渦流擴散（eddy diffusion）.由于色譜柱內填充劑的幾何結構不同，分子在色譜柱中的流速不同而引起的峰展寬。渦流擴散項A=2λdp,dp為填料直徑，λ為填充不規則因子，填充越不均勻λ越大。HPLC常用填料粒度一般為3～10 um，3～5um，粒度分布RSD≤5％。但粒度太小難于填充均勻（λ大），且會使柱壓過高。大而均勻（球形或近球形）的顆粒容易填充規則均勻，λ越小。總的說來，應采用而均勻的載體，這種有助于提高柱效。毛細管無填料，A=0。
2）分子擴散（molecular diffusion）.又稱縱向擴散。由于進樣后溶質分子在柱內存在濃度梯度，導致軸向擴散而引起的峰展寬。分子擴散項B/u=2rDm/u.u為流動相線速度，分子在柱內的滯留時間越長（u小），展寬越嚴重。在低流速時，它對峰形的影響較大。Dm為分子在流動相中的擴散系數，由于液相的Dm 很小，通常僅為氣相的10-4～10-5，因此在HPLC中，只要流速不太低的話，這一項可以忽略不計。r一般在0.6～0.7左右，毛細管柱的r＝1。
3）傳質阻抗（mass transfer resistance）。由于溶質分子在流動相和固定相中的擴散、分配、轉移的過程并不是瞬間達到平衡，實際傳質速度是有限的，這一時間上的滯后使色譜柱總是在非平衡狀態下工作，從而產生峰展寬。液相色譜的傳質阻抗項Cu又分為三項。
①流動相傳質阻抗Hm＝Cmd2pu/Dm，Cm為常數。這是由于在一個流路中硫路中心和邊緣的流速不等所致。靠近填充顆粒的流動相流速較慢，而中心較快，處于中心的分子還未來得及與固定相達到分配平衡就隨流動相遷移，因而產生峰展寬。
②靜態流動相傳質阻抗Hsmd2pu/Dm,Csm為常數。這是由于溶質分子進入處于固定相孔穴內的靜止流動相中，晚回到流路中而引起峰展寬。Hsm對峰展寬的影響在整個傳質過程中起著主要作用。固定相的顆粒越小，微孔孔徑越大，傳質阻力就越小，傳質速率越高。所以改進固定相結構，減小靜態流動相傳質阻力，是提高液相色譜柱效的關鍵。
Hsm和Hsm都與固定相的粒徑平方d2p成正比，與擴散系數Dm成反比。因此應采用低力度固定相和低粘度流動相。高柱溫可以增大Dm，但用有機溶劑作流動相時，易產生氣泡，因此一般采用室溫。
③固定相傳質阻抗Hs＝Csd2fu/Ds（液液分配色譜），Cs為常數，df為固定液的液膜厚度，Ds為分子在固定液中的擴散系數。在分配色譜中Hs與df 的平方成正比，在吸附色譜中Hs與吸附和解吸速度成反比。因此只有在厚涂層固定液、深孔離子交換樹脂或解吸速度慢的吸附色譜中，Hs才有明顯影響。采用單分子層的化學鍵合固定相時Hs可以忽略。
從速率方程式可以看出，要獲得能的色譜分析，一般可采用以下措施：①進樣時間要短。②填料粒度要小。③改善傳質過程。過高的吸附作用力可導致嚴重的峰展寬和拖尾，甚至不可逆吸附。④適當的流速。以H對u作圖，則有一*線速度uopt,在此線速度時，Hzui小。一般在液相色譜中，uopt很小（大約0.03～0.1mm/s）在這樣的線速度下分析樣品需要很長時間，一般來說都選在1mm/s的條件下操作。⑤較小的檢測器死體積。

3.柱外效應、
  速率理論研究的是柱內峰展寬因素，實際在柱外還存在引起峰展寬的因素，即柱外效應（色譜峰在柱外死空間里的擴展效應）。色譜峰展寬的總方差等于各方差之和，即：σ2＝σ2柱內+σ2柱外+σ2器它
  柱外效應主要有低劣的進樣技術、從進樣點到檢測池之間除柱子本身以外的所有死體積所引起。為了減少柱外效應，首先應盡可能減少柱外死體積，，如使用“零死體積接頭”連接各部件，管道對接宜成流線型，檢測器的內腔體積應盡可能小。研究表明柱外死體積之和應<VR/。其次，希望將樣品直接進在柱頭的中心部位，但是由于進樣閥與柱間有接頭，柱外效應總是存在的。此外，要求進樣體積≤VR/2。
  柱外效應的直觀標志是容量因子k小的組分（如k<2）峰形拖尾和峰寬增加得更為明顯；k大的組分影響不顯著。由于HPLC的特殊條件，當柱子本身效率越高（N越大），柱尺寸越小時，柱外效應越顯得突出。而在經典LC中則影響相對較小。


相關產品信息：Hypersil,Kromasil,廣州氣相色譜儀,色譜標準品,inertsil