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哪些因素会影响色谱柱的柱效?

发布日期: 2020-05-11
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        影响色谱柱的柱效的因素:
  1.流扩散。由于色谱柱内填充剂的几何结构不同,分子在色谱柱中的流速不同而引起的峰展宽。涡流扩散项A=2λdp,dp为填料直径,λ为填充不规则因子,填充越不均匀λ越大。HPLC常用填料粒度一般为3~10μm,建议3~5μm,粒度分布RSD≤5%。但粒度太小难于填充均匀(λ大),且会使柱压过高。大而均匀(球形或近球形)的颗粒容易填充规则均匀,λ越小。总的说来,应采用细而均匀的载体,这样有助于提高柱效。毛细管无填料,A=0。
  2.子扩散。又称纵向扩散。由于进样后溶质分子在柱内存在浓度梯度,导致轴向扩散而引起的峰展宽。分子扩散项B/u=2γDm/u。u为流动相线速度,分子在柱内的滞留时间越长(u小),展宽越严重。在低流速时,它对峰形的影响较大。Dm为分子在流动相中的扩散系数,由于液相的Dm很小,通常仅为气相的10-4~10-5,因此在HPLC中,只要流速不太低的话,这一项可以忽略不计。γ是考虑到填料的存在使溶质分子不能自由地轴向扩散,而引入的柱参数,用以对Dm进行校正。γ一般在0.6~0.7左右,毛细管柱的γ=1。
  3.质阻抗。由于溶质分子在流动相、静态流动相和固定相中的传质过程而导致的峰展宽。溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡,实际传质速度是有限的,这一时间上的滞后使色谱柱总是在非平衡状态下工作,从而产生峰展宽。液相色谱的传质阻抗项Cu又分为三项。
  ① 流动相传质阻抗Hm=Cmd2pu/Dm,Cm为常数。这是由于在一个流路中流路中心和边缘的流速不等所致。靠近填充颗粒的流动相流速较慢,而中心较快,处于中心的分子还未来得及与固定相达到分配平衡就随流动相前移,因而产生峰展宽。
  ② 静态流动相传质阻抗Hsm=Csmd2pu/Dm,Csm为常数。这是由于溶质分子进入处于固定相孔穴内的静止流动相中,晚回到流路中而引起峰展宽。Hsm对峰展宽的影响在整个传质过程中起着主要作用。固定相的颗粒越小,微孔孔径越大,传质阻力就越小,传质速率越高。所以改进固定相结构,减小静态流动相传质阻力,是提高液相色谱柱效的关键。
  Hm和Hsm都与固定相的粒径平方d2p 成正比,与扩散系数Dm成反比。因此应采用低粒度固定相和低粘度流动相。高柱温可以增大Dm,但用有机溶剂作流动相时,易产生气泡,因此一般采用室温。
  ③ 固定相传质阻抗Hs=Csd2fu/Ds(液液分配色谱),Cs为常数,df为固定液的液膜厚度,Ds为分子在固定液中的扩散系数。在分配色谱中Hs与df的平方成正比,在吸附色谱中Hs与吸附和解吸速度成反比。因此只有在厚涂层固定液、深孔离子交换树脂或解吸速度慢的吸附色谱中,Hs才有明显影响。采用单分子层的化学键合固定相时Hs可以忽略。
  从速率方程式可以看出,要获得高效能的色谱分析,一般可采用以下措施:①进样时间要短。②填料粒度要小。③改善传质过程。过高的吸附作用力可导致严重的峰展宽和拖尾,甚至不可逆吸附。④适当的流速。以H对u作图,则有一较佳线速度uopt,在此线速度时,H较小。一般在液相色谱中,uopt很小(大约0.03~ 0.1mm/s),在这样的线速度下分析样品需要很长时间,一般来说都选在1mm/s的条件下操作。⑤较小的检测器死体积。
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