色譜儀分離度又稱分辨率,用來表征兩個(gè)相鄰色譜峰的分離程度,用R表示。R等于相鄰色譜峰保留時(shí)間之差與兩色譜峰峰寬均值之比。計(jì)算公式為:
R越大,表明相鄰兩組分分離越好。一般說當(dāng)R<1時(shí),兩峰有部分重疊;當(dāng)R=1.0時(shí),分離度可達(dá)98%;當(dāng)R=1.5時(shí),分離度可達(dá)99.7%。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已*分離的標(biāo)志。當(dāng)R=1時(shí),稱為4σ分離,兩峰基本分離,裸露峰面積為95.4%,內(nèi)側(cè)峰基重疊約2%。R=1.5時(shí),稱為6σ分離,裸露峰面積為99.7%。R≥1.5稱為*分離?!吨袊?guó)藥典》規(guī)定R應(yīng)大于1.5。為了判斷分離物質(zhì)對(duì)色譜柱在色譜柱中的分離情況,常用分離度作為柱的總分離效能指標(biāo),
從塔板理論可以推論出:
從這里我們可以清晰地看到影響分離度R的因素只有三個(gè),即:兩臨近組分的分配系數(shù)(容量因子)之差ΔK、平均分配系數(shù)K、柱理論塔板數(shù)n。因此分離度R與柱長(zhǎng)L(或柱理論塔板數(shù)n)的平方根成正比,與分配系數(shù)之差ΔK成正比,與平均分配系數(shù)K成反比。分配系數(shù)與固定相的性質(zhì)、厚度及柱溫有關(guān):①與樣品極性相似的固定相,分配系數(shù)大;②固定液液膜厚度增加,分配系數(shù)增大;③溫度降低,分配系數(shù)增加。
因此我們僅從塔板理論來看,載氣流速并不影響分離度R的。我們知道,這并不符合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。事實(shí)上,分離度R與載氣流速是密切相關(guān)的。為什么會(huì)出現(xiàn)這個(gè)情況呢?這是因?yàn)樗謇碚摰乃膫€(gè)假設(shè)并不成立,存在偏差。為了修正這些偏差,1956年荷蘭人Van Deemter提出了速率理論。
速率理論是對(duì)塔板理論的一個(gè)修正。范第姆特方程(Van Deemter equation)在色譜學(xué)中是綜合考慮了分離過程中引起峰展寬的物理因素、動(dòng)力學(xué)因素和熱力學(xué)因素后得到的單位柱長(zhǎng)的總峰展寬與流動(dòng)相流速的關(guān)系式。
一般來說,影響峰展寬的因素包括多路徑效應(yīng),擴(kuò)散(縱向和橫向)與固定相和流動(dòng)相間的傳質(zhì)阻力。通常用理論塔板高度來表示色譜分離過程中的峰展寬。范德姆特方程呈雙曲形函數(shù)的形式,表明流動(dòng)相的流速存在一個(gè)*值,在該點(diǎn)柱效zui高。范第姆特方程zui常用的形式如下式所示,該式直觀地反映了流動(dòng)相流速對(duì)于分離的影響。
式中H 為理論塔板高度,A, B,C為常數(shù),μ表示流動(dòng)相的流速。
A項(xiàng)反映的是被分析物在填充柱中可能采取不同的路徑,因而經(jīng)過的路程也不一樣長(zhǎng),引起色譜峰的展寬,這就是“多路徑效應(yīng)”。在毛細(xì)管開管柱中不存在多路徑效應(yīng),這一項(xiàng)為零。
B/μ表示的是因?yàn)樯V柱各部分存在濃差而引起的縱向擴(kuò)散帶來的峰展寬。
Cμ表示達(dá)到固定相與流動(dòng)相的平衡之后由于在固定相與流動(dòng)相傳質(zhì)存在著阻力引起的峰展寬。
范第姆特方程的完整形式如下:
式中:
λ 是一個(gè)與柱內(nèi)填料粒度均一性與填充狀態(tài)有關(guān)的常數(shù);
dp 為填料的粒徑;
G、ω和R 為常數(shù);
Dm 是被分析物在流動(dòng)相中的分子擴(kuò)散系數(shù),與載氣的性質(zhì)和柱溫有關(guān);
dc 是毛細(xì)管的直徑;
df 是固定相的膜厚度;
Ds 是被分析物在固定相中的分子擴(kuò)散系數(shù),與固定相的性質(zhì)有關(guān)。
由以上相關(guān)理論可以推論出,色譜柱的分離度與色譜柱的長(zhǎng)度、固定相的性質(zhì)、液膜厚度、載氣流速和性質(zhì)、柱溫均有關(guān)系。
①分離度R與柱長(zhǎng)L的平方根成正比,因此,采用較長(zhǎng)的色譜柱可以獲得更高的分離度,但相應(yīng)的分析時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)。而且色譜柱越長(zhǎng)壓降越大,柱過長(zhǎng)會(huì)增大進(jìn)出口壓力比,相反會(huì)降低分離度。
②固定相的性質(zhì)與分析物越相似,分離度越高;
③從上述公式中可以看出,液膜厚度的增加會(huì)導(dǎo)致塔板高度的增加,柱理論塔板數(shù)降低,同時(shí)還會(huì)增加分析物在固定相中的分配系數(shù),理應(yīng)導(dǎo)致分離度降低,但事實(shí)上,在分配系數(shù)增加的同時(shí),ΔK增加更為顯著,所以液膜厚度的增加能提高分離度;
④分子質(zhì)量大的載氣(N2、Ar)的優(yōu)點(diǎn)是擴(kuò)散作用小,缺點(diǎn)是在柱中壓降大、流速慢,即分析周期長(zhǎng)。分子量較小的載氣(H2、He)傳質(zhì)阻力小,有利于提高分析速度,但濃度較高的介質(zhì)易在其間形成擴(kuò)散,影響分離度,所以在實(shí)際測(cè)量中H2、He氣體一般都用于介質(zhì)濃度較低的區(qū)域并提高其流速,減少擴(kuò)散的影響。
⑤色譜柱存在一個(gè)*載氣流速,但實(shí)際分析中為縮短分析時(shí)間,流速通常稍大于*流速。
⑥提高柱溫能提高分析物在流動(dòng)相和固定相中的擴(kuò)散系數(shù),降低傳質(zhì)阻力,加快分析速度,同時(shí)使色譜峰變窄變高,但會(huì)導(dǎo)致分離度的下降。
⑦此外,色譜分離是樣品在固定相和流動(dòng)相中反復(fù)分配的過程,過載后本來該進(jìn)入固定相的樣品在固定相上得不到保留(例如:本來在這點(diǎn)有50%的樣品能保留在固定相上,現(xiàn)在只能保留30%,因?yàn)楣潭ㄏ嗌蠘悠凤柡土耍?,就被流?dòng)相推著往前走,因此造成了保留變化(主要是分配系數(shù)發(fā)生了改變),因此進(jìn)樣量與分離度也是有關(guān)系的。
因此,引起分離度降低的原因可能有:a.載氣流速設(shè)置不當(dāng);b.柱溫設(shè)置不當(dāng);c.色譜柱受到污染,柱效下降;d.進(jìn)樣量太大;e.樣品的濃度發(fā)生改變。
色譜儀分離度下降如何解決
①載氣流速設(shè)置不合理,可以通過降低載氣流速來提高分離度;
②柱溫設(shè)置不當(dāng),降低柱溫,或改用程序升溫;
③色譜柱受污染,應(yīng)清洗柱子;
④減少進(jìn)樣量,提高進(jìn)樣技術(shù);
⑤提高氣化室溫度;
⑥減少系統(tǒng)的死體積,主要是色譜柱要連接到位,毛細(xì)管色譜柱要分流,選擇合適的分流比。
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