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    色譜峰寬形成的原因

    更新時間:2016-07-04      點擊次數:16939

    色譜峰為什么這么寬呢?

      在氣相色譜實驗中,有時譜圖會出現先出來的峰和后面出來的峰一樣寬,中間卻有兩個大峰非常寬呢?為什么有的峰拖尾了,峰寬變的大很多呢?這是因為,色譜峰寬是由很多因素構成的,每個因素影響程度不同,造成的結果也不同,誰的影響力大,就主要顯示誰的作用結果。那么色譜峰寬形成的原因有哪些?

    色譜峰寬由兩部分構成: 一、對稱峰寬。二、拖尾峰寬。

      所謂對稱峰寬,就是指這種峰寬不會造成峰型不對稱,不會出現拖尾前伸。而拖尾峰寬,就是指這個峰寬構成,會導致峰形狀變的不對稱。我們首先要研究的是對稱峰寬,這個導致了峰寬的主要構成。

    一、對稱峰寬。

    對稱峰寬主要包括兩部分:

    1、塔板理論正常展寬

      據塔板理論,進樣時處于0號塔板的組分,離開色譜柱時已經占據了很多塊塔板,導致峰寬加大,并形成正態分布的峰型。

    2、正常的進樣展寬

      根據塔板理論,樣品進樣時都停留在0號塔板上,但這是不可能的。因為一個塔板的體積是如此的小,以至于根本放不下襯管里面哪怕是經過分流之后的樣品。比如你的襯管有0.5ml,分流比50倍,那么進入色譜柱的體積大約有10立方毫米。但你的毛細管柱內徑就算是0.53mm的,可是這是直徑,算下來,這些樣品都進去,也要占據大約50mm長的柱子。也就是說,0號塔板放不下,要放到。。。。算你的柱子是50m,那么就是柱效的千分之一了,毛細管柱,算你10萬塊板,那么也是100塊塔板了。

    那么說,進樣寬度就是100塊塔板了?

      錯。進樣寬度沒有這么大,只有這個數值除以分配比k之后的塔板數。為什么要除以分配比?因為色譜柱固定相可以溶解很多樣品中待測組分,所以待測組分在這100塊板上濃度不同,只有前面1/k的塔板上濃度比較高。

    1、為什么填充柱色譜,先出峰很窄,后出峰很寬?

    答:因為填充柱的內徑大,樣品進樣正常展寬很小,所以峰寬主要是踏板理論展寬構成,而根據踏板理論,峰寬與保留時間成正比,所以后出的峰比較寬。

    2、為什么毛細管柱,所有色譜峰基本一般寬?

    答:因為毛細管柱內徑小,樣品進樣正常展寬很大,而且因為柱效率(理論塔板數)高,所以塔板理論展寬與柱效率的平方根成反比,這個很小,所以峰寬主要由進樣展寬構成,而組分的進樣展寬在色譜柱內前進時保持不變,所以從柱尾流出來的時候,寬度主要由進樣展寬決定,而所有組分的進樣展寬基本一致,因此都是一樣寬。

    3、為什么會有溶劑聚焦現象?

    答:因為溶劑聚焦是柱箱初始溫度比溶劑沸點低,導致溶劑在柱頭冷凝成液體,相當于增加了一層溶解度很大的固定液,導致分配比k增加很多倍,這樣進樣寬度就減小很多倍,所以色譜峰就窄了。

    4、為什么有的難分離組分用薄膜柱子或者固定液涂澤量少的柱子來分析分離度大,而更多的組分用厚膜或者固定液涂澤量大的分離度高?

    答:分離度等于保留時間之差除以峰寬之和的一半。根據速率理論,薄膜的柱子傳質阻力小,所以柱效率高,分離度高。但根據進樣寬度,厚膜柱子分配比k大,所以進樣展寬小,色譜峰寬小,因此分離度高。

      一般來說,高含量組分用厚膜柱子好,可以減少進樣寬度,增加分離度;低含量組分用厚膜柱子好,因為厚膜柱子允許更大的進樣量,檢出限高。???那么薄膜柱子就沒存在的必要了?錯。薄膜柱子柱流失小的多,而且對于含量不大不小的樣品,也有更好的分離度。

    現在我們已經學習了正常展寬。通過正常展寬,我們知道:

       正常峰寬W正常=W塔板+W進樣。

       其中:

       W塔板=4σ=4t/√n

       W進樣=(V襯管/分流比a)/(V塔板×分配比k)

      由于毛細管進行了分流,所以W進樣被一定程度抑制,但仍然是毛細管色譜峰寬的主流。如果不分流,那么必然會有更大的峰寬。雖然是主流,但W塔板依然存在,所以隨著時間增加W塔板的增加,峰寬也必然出現一定程度的加寬。

      因此當我們需要抑制正常峰寬的時候,對于毛細管,應該主要考慮W進樣,即減小分流不分流襯管體積、增加分流比、增加膜厚或制作溶劑聚焦,都是非常有效的。

      對于填充柱,我們則主要通過增加柱效率n(理論塔板數)、增加載氣流速柱箱溫度來減小保留時間達到目標。當然,減小進樣體積,增加固定液涂漬量也有一定效果。當然,要提高分離度,那么可能需要考慮更多,因為增加流速和柱箱溫度,還會帶來其他一些問題。

    。

    但這并不是峰寬的全部。因為:

    W峰寬=W正常+W異常

    色譜峰的不正常展寬,W異常,包括所有使峰寬變的不正常的因素。即:

    W異常=W柱超載+W強吸附+W死體積+W檢測器+。。。

    這些因素,不但會導致峰展寬,還會帶來更多的麻煩-峰形變差,首先我們需要了解的是W柱超載,色譜柱超載導致的峰展寬。

    什么是色譜柱超載?

    答:樣品中某個組分含量太大,導致色譜柱無法容納,造成該組分色譜峰比低含量下該組分的色譜峰寬度增加10%,這個時候,我們就說該組分在色譜柱上發生了超載。

    答:根據塔板理論,組分在氣液兩相中的分配系數K是一個常數。這個在低濃度的情況下是對的,但在高濃度下,這*是胡說八道。特別是氣固色譜,固體吸附劑只能吸附3層組分分子,3層吸附滿了之后,吸附劑表面是無法繼續吸附更多組分的。也就是說,如果樣品中某個組分含量特別高,色譜柱固定相被該組分所飽和,無法繼續按照分配系數進行溶解或者吸附的時候,固定相就只能溶解或者吸附比正常量少的該組份了。那么剩下的該組分會發生什么?當然只能跟著載氣往后面的空柱子上跑,并在后面的空柱子上進行溶解或者吸附。那么這時候,該組分的W進樣就因此而變大了。當這個變大超過10%(W進樣的?錯,其實是包括W塔板的W正常增加10%),我們就說色譜柱超載了。

      所以分析高純物質,或者溶液態物質,高純組分和溶劑組分的峰特別寬。所以分析高純丙烯,99.6%的丙烯和0.4%的丙烷,色譜峰都比其他ppm級組分色譜峰更寬,特別是丙烯,有十幾個其他色譜峰的寬度。所以溶劑峰大的出奇,也寬的離譜。其實在一個丙烯樣品中,大多數組分的k雖然有差異,但不很大,因此看上去峰寬都一樣;但實際上k的不同,對峰寬也是有影響的,后出色譜峰k大,峰寬應該小,但剛剛好后出峰有W正常的加寬,所以兩者抵消了呢。

     

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