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高效液相色谱法(HPLC)色谱峰展宽的原因

点击次数:3192次     发布时间::2015/7/28 14:35:01

 高效液相色谱法(HPLC)色谱峰展宽的原因
HPLC,标准品

    高效液相色谱法的分离原理与经典液相色谱法一致,流程、柱效又与气相色谱法类似,他们主要是流动相的不同。GC的流动相是气体、HPLC的流动相是液体、气体和液体在粘度、扩散系数、密度等方面存在明显差别。因此。高效液相色谱法与期限色谱法在某些公式和参数上有一定的差别。下面根据高效液相色谱法的特点进行色谱理论讨论。

色谱峰展宽是指由于柱内外各种因素引起的色谱峰变宽或变形。从而造成柱效降低。由于液相色谱流动相是液体。扩散系数小,粘度大,传质速度慢。同时高效液相色谱柱尺寸比起气相色谱柱尺寸要小很多。柱外死体积影响变得特别重要。因此在高校液相色谱法中要特别重视普峰展宽问题。

影响色谱峰展宽的一些独立因素可用方差α按下列关系式相加:

α=α+α+α+α+α其他

式中α总是所观察到的方差、α柱是柱方差,而α检、α普、α进和α其他则分别是在检测器、连接管道和进样等产生的方差。当系统内的柱外效应不大时,则:

               α=α

柱外效应使α总大于α柱,它使色谱分离度不能达到柱子固有的能力,所以应当尽量减少柱外效应。由于α的大小是柱效高低的反应,因此理论塔高度可定义为每单位柱长(L)的方差

             H=α/L

  Α             

峰宽为4α,所以峰宽为4因而短柱和高柱效的柱子使色谱峰展宽变小。

谱带公国色谱柱时,由于扩散作用,会展宽或扩展。由于液相色谱和气象色谱所用的流动相在性质上有很大的差别。加入,在液体里的扩散系数比在其体力的约小倍。液体流动相的粘度要比气体的粘度大100倍左右。另外,在气象色谱法里流动相和样品分子之间的相互作用可以忽略不计,而液相色谱法里他们起着重要作用。液相色谱法在理论上的分析要比期限色谱法简单,这是液体流动相在使用的压力范围内不可压缩的。柱内谱带展宽可通过Van Deemter方程式来讨论。

标准品 

(1)涡流扩散相

           =

式中,为涡流扩散引起的板高,为填充不规则银子,其值在1-2之间,是常数

(2)纵向扩散相

              

         =

是由在流动相中分子扩散而引起的板高,其值与扩散系数与样品在柱内消耗的时间成正比。弯曲因子γ是一无量纲的常数,它并非完全与流动相线速度无关,在低线速度时,弯曲因子是由柱中填充紧的部分和松的部分平均作用所决定的。而在高线速时,它主要是由填充松的部分所决定的。在填充柱中。弯曲因子的典型值在0.6-0.8之间,在开管柱中,为1.0

在液体里的扩散系数比在气体里的扩散系数要小,因此在液相色谱里流速大于0.5cm./s时,他对谱带展宽的影响常可以忽略不计。

(3)传质阻力项 在流动相和固定相中质量转移不是瞬间能达到的,其传质阻力包括固定相传质阻力()流动相传质阻力Hm和滞留流动相传质阻力Hnm

                              =H2+Hm+Hnm

1固定相传质阻力Hm:主要发生在分配色谱中,与气液色谱法中液相传质相类同

2流动流动相传质阻力Hm:它是由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,如图

标准品,HPLC 

式中,为填料颗粒平均直径;Dm为组分在流动相中的扩散系数;Cm为与容量银子有关的常数,显然,填料颗粒越小,即流路越窄,Hm就越小。

3滞留流动相传质阻力Hm;当流动相通过填充柱中,在空袭中的液体相对于颗粒间通道的中心区域的液体是停滞的。停滞区有两种情况;一是停滞在空袭中的液体占有的空间,二是液体停留在颗粒内部的空间。停滞的流动相的扩散相对是低的,必然降低传质速率,固定相的微孔越深,传质速率就越慢,峰展宽越大。

标准品 

式中,Cnm是与颗粒微孔和容量银子有关的常数。

期限色谱法主要考虑固定相的传质阻力;液相色谱则主要考虑流动相的传质阻力,特别是滞留流动相的传质阻力在整个传质过程中起主要作用。因此,改进固定相结构,减小滞留流动相传质阻力是提高液相色谱柱效的关键。

综上所诉,由柱内展宽所引起的板高变化可归纳为

标准品 

若将上式简化,可写作

H=A+Cu

从上式可看出,塔板高度与固定相直径关系最密切,下图能说明此问题关系

HPLC,标准品 

固定相颗粒直径越小,板高越小,理论塔板数越大,茨曲线的斜率大大降低,这样可在较高的流动相线速度下,保持较高的柱效,达高效高速。

降低流动相粘度,可提高样品分子在流动相中的扩散系数而降低板高。另外,提高装柱技术而降低填充不不规则银子,降低流速等也可降低板高,提高柱效。

柱外展宽在液相色谱中需比在期限色谱中更为引起中药,由于样品分子在液体流动相中扩散系数低,致使进样器的死体积、色谱柱和检测器之间连接管道的死体积以及检测器本身的体积,对谱带展宽有相当大的影响。连接管道和检测器的体积相对样品的保留体积较大。谱带展宽越严重,会使柱效明显下降。

 

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