色譜儀速率理論概述

[2015/8/26]

　　色譜儀速率理論是在塔板理論的基礎(chǔ)上結(jié)合影響塔板高度的動力學(xué)因素，即組分分子的渦流擴(kuò)散、縱向擴(kuò)散和在兩相之間的傳質(zhì)提出的，指出色譜峰展寬是由于色譜動力學(xué)因素的影響造成的。

速率理論方程為：H = A + B/u + Cu

H為理論塔板高度，A為渦流擴(kuò)散項，B/u為分子擴(kuò)散項，C為傳質(zhì)阻力項。

一、渦流擴(kuò)散項A：渦流擴(kuò)散又稱多路徑擴(kuò)散。

　　在填充柱中，組分分子受到固定相顆粒的阻礙，在流動過程中不斷改變運(yùn)動方向，形成渦流流動，使譜峰展寬。

1、A值計算：

A = 2λdp

A又稱渦流擴(kuò)散項系數(shù)，單位為cm。dp為固定相的平均顆粒直徑。λ為固定相的填充不均勻因子，由填料顆粒形狀和填充技術(shù)決定。

2、影響A值的因素：

（1）A與dp和λ有關(guān)，與流動相性質(zhì)、流動相流度和組分性質(zhì)無關(guān)。采用細(xì)粒度和顆粒均勻的填料，均勻填充，可減少A值，提高柱效。

（2）流動相流速u與A值無關(guān)。

（3）對于空心毛細(xì)管柱，A = 0。

二、分子擴(kuò)散項B/u：

　　縱向分子擴(kuò)散是由于濃度梯度引起的。當(dāng)樣品被注入色譜柱時，呈“塞子"狀分布。隨著流動相的推進(jìn)，“塞子"因濃度梯度而向前后自發(fā)地擴(kuò)散，使譜峰展寬。

1、B值計算：

B = 2rDg

式中：B為分子擴(kuò)散項系數(shù)，單位為cm2/s。Dg為組分在流動相中的擴(kuò)散系數(shù)。r為彎曲因子，反映固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴(kuò)散的阻礙情況。

2、影響B/u值的因素：

（1）球狀顆粒，r小。

（2）Dg反比于流動相密度的平方根或流動相相對分子質(zhì)量的平方根，因此，采用相對分子質(zhì)量較大的流動相，可減少B值，提高柱效。

（3）Dg隨柱溫增高而增加。

（4）Dg反比于柱壓。

（5）短柱，組分停留時間短，縱向擴(kuò)散小。

（6）u 增加，組分停留時間短，縱向擴(kuò)散小。

（7）組分分子在氣體中的擴(kuò)散系數(shù)大約是在液體中的105倍，因此，液相色譜中分子擴(kuò)散不是影響柱效的主要因素，而在氣相色譜中分子擴(kuò)散對柱效影響很大。

三、傳質(zhì)阻力項Cu：傳質(zhì)是體系中由于物質(zhì)濃度不均勻而發(fā)生的質(zhì)量轉(zhuǎn)移過程。傳質(zhì)阻力包括流動相傳質(zhì)阻力Cm和固定相傳質(zhì)阻力Cs。因傳質(zhì)阻力的存在，使分配不能瞬間達(dá)至平衡，因此產(chǎn)生譜峰展寬。

1、流動相傳質(zhì)阻力Cm：樣品組分由流動相移向固定相表面進(jìn)行兩相之間的質(zhì)量交換時受到的阻力。樣品組分由流動相移向固定相表面進(jìn)行兩相之間的質(zhì)量交換是根據(jù)分配系數(shù)在兩相之間進(jìn)行分配的，有的組分來不及進(jìn)入兩相界面被流動相帶走，有的組分進(jìn)入兩相界面又來不及返回流動相。這樣使得樣品在兩相界面上不能瞬間達(dá)到分配平衡，從而引起滯后現(xiàn)象，使譜峰展寬。

2、固定相傳質(zhì)阻力Cs：樣品組分由兩相界面到固定相內(nèi)部進(jìn)行分配又返回兩相界面的過程中受到的阻力。

3、C值計算：

Cm = 0.01k2/[（1+k）2]×dp2/Dm

Cs = q×[k/（1+k）2]×df2/Ds

C = Cm + Cs = 0.01k2/[（1+k）2]×dp2/Dm + q×[k/（1+k）2]×df2/Ds

C為傳質(zhì)阻力項系數(shù)，單位為s。k為容量因子。Dm為組分在流動相中的擴(kuò)散系數(shù)。Ds為組分在固定相中的擴(kuò)散系數(shù)。dp為固定相的平均顆粒直徑。df為載體上的固定液液膜厚度。q為結(jié)構(gòu)因子。球形填料為8/（π2），無定形填料為2/3。