為何要提高柱效?
氣相色譜的范氏方程是在1958年由Golay總結(jié),所以也叫Golay方程。
作為基礎(chǔ)理論的范式方程:色譜儀速率理論方程為:H=A+B/u+Cu
式中:H為理論塔板高度,A為渦流擴(kuò)散項(xiàng),與色譜柱填料的均勻程度有關(guān),與流動(dòng)相線速度沒(méi)有關(guān)系。B/u為分子縱向擴(kuò)散項(xiàng),流速越快,擴(kuò)散越小,柱效越高。C為傳質(zhì)阻力項(xiàng)。與分子在固定相填料孔徑中的運(yùn)動(dòng)有關(guān),流速越快,擴(kuò)散越大,柱效越低。
根據(jù)色譜儀速率理論方程作LC和GC的H-u圖,LC和GC的H-u圖相似,對(duì)應(yīng)某流速都有一個(gè)板高小值,這個(gè)小值就是柱效高點(diǎn)。LC的板高小值比GC的小一個(gè)數(shù)量級(jí)以上,說(shuō)明LC的柱效比GC的高的多。LC的板高小值對(duì)應(yīng)的流速比GC的也小一個(gè)數(shù)量級(jí),說(shuō)明對(duì)于LC,為了取得良好的柱效,流速不需要很高。
當(dāng)流速較低時(shí),分子縱向擴(kuò)散項(xiàng)起主要作用。當(dāng)流速較高時(shí),傳質(zhì)阻力項(xiàng)起主要作用,隨著流速高,板高越來(lái)越大,柱效下降。這三項(xiàng)的綜合影響使流動(dòng)相存在一個(gè)優(yōu)流速,這個(gè)流速下能讓柱效達(dá)到優(yōu)。
柱效是色譜柱在分離過(guò)程中主要由熱力學(xué)因素(操作參數(shù))所決定的分離效能。通常用理論塔板數(shù)、有效塔板數(shù)、理論塔板高度、有效塔板高度來(lái)表示。柱效是衡量色譜柱性能的一項(xiàng)主要指標(biāo),柱效越高,分離能力越強(qiáng)。
提高柱效的解決方法:提高柱溫;減小柱內(nèi)徑;縮短檢測(cè)器響應(yīng)時(shí)間;減小柱外體積;使用純硅膠;使用高能量氘燈;使用中孔透光氘燈;改變流動(dòng)相pH ;改變有機(jī)相% ;改變鍵合相 ;改變有機(jī)添加劑 ;改變流動(dòng)相配比方式 。
例如,液相色譜柱的固定相是硅膠顆粒,填充在不銹鋼的色譜柱中。而氣相色譜柱的固定相是液體涂層,附著于毛細(xì)管內(nèi)壁。然后我們回到公式里來(lái)分別分析一下對(duì)氣相來(lái)說(shuō)各項(xiàng)系數(shù)的情況:先是A項(xiàng)——渦流擴(kuò)散。因?yàn)闅庀嗝?xì)管色譜柱沒(méi)有填充顆粒,所以就不存在渦流擴(kuò)散,A=0。然后是B項(xiàng)——縱向擴(kuò)散?;衔锓肿釉谏V柱中往前運(yùn)動(dòng)時(shí),會(huì)隨著時(shí)間向兩邊擴(kuò)散,它們的運(yùn)動(dòng)速度越慢,在色譜柱中呆的時(shí)間越長(zhǎng),這種擴(kuò)散就會(huì)越嚴(yán)重。
同樣的色譜柱體積,運(yùn)動(dòng)越快,這種擴(kuò)散就越小。