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技术支持

色谱峰宽形成的原因
发布时间:2016-07-04   点击次数:4775次

色谱峰为什么这么宽呢?

  在气相色谱实验中,有时谱图会出现先出来的峰和后面出来的峰一样宽,中间却有两个大峰非常宽呢?为什么有的峰拖尾了,峰宽变的大很多呢?这是因为,色谱峰宽是由很多因素构成的,每个因素影响程度不同,造成的结果也不同,谁的影响力大,就主要显示谁的作用结果。那么色谱峰宽形成的原因有哪些?

色谱峰宽由两部分构成: 一、对称峰宽。二、拖尾峰宽。

  所谓对称峰宽,就是指这种峰宽不会造成峰型不对称,不会出现拖尾前伸。而拖尾峰宽,就是指这个峰宽构成,会导致峰形状变的不对称。我们首先要研究的是对称峰宽,这个导致了峰宽的主要构成。

一、对称峰宽。

对称峰宽主要包括两部分:

1、塔板理论正常展宽

  据塔板理论,进样时处于0号塔板的组分,离开色谱柱时已经占据了很多块塔板,导致峰宽加大,并形成正态分布的峰型。

2、正常的进样展宽

  根据塔板理论,样品进样时都停留在0号塔板上,但这是不可能的。因为一个塔板的体积是如此的小,以至于根本放不下衬管里面哪怕是经过分流之后的样品。比如你的衬管有0.5ml,分流比50倍,那么进入色谱柱的体积大约有10立方毫米。但你的毛细管柱内径就算是0.53mm的,可是这是直径,算下来,这些样品都进去,也要占据大约50mm长的柱子。也就是说,0号塔板放不下,要放到。。。。算你的柱子是50m,那么就是柱效的千分之一了,毛细管柱,算你10万块板,那么也是100块塔板了。

那么说,进样宽度就是100块塔板了?

  错。进样宽度没有这么大,只有这个数值除以分配比k之后的塔板数。为什么要除以分配比?因为色谱柱固定相可以溶解很多样品中待测组分,所以待测组分在这100块板上浓度不同,只有前面1/k的塔板上浓度比较高。

1、为什么填充柱色谱,先出峰很窄,后出峰很宽?

答:因为填充柱的内径大,样品进样正常展宽很小,所以峰宽主要是踏板理论展宽构成,而根据踏板理论,峰宽与保留时间成正比,所以后出的峰比较宽。

2、为什么毛细管柱,所有色谱峰基本一般宽?

答:因为毛细管柱内径小,样品进样正常展宽很大,而且因为柱效率(理论塔板数)高,所以塔板理论展宽与柱效率的平方根成反比,这个很小,所以峰宽主要由进样展宽构成,而组分的进样展宽在色谱柱内前进时保持不变,所以从柱尾流出来的时候,宽度主要由进样展宽决定,而所有组分的进样展宽基本一致,因此都是一样宽。

3、为什么会有溶剂聚焦现象?

答:因为溶剂聚焦是柱箱初始温度比溶剂沸点低,导致溶剂在柱头冷凝成液体,相当于增加了一层溶解度很大的固定液,导致分配比k增加很多倍,这样进样宽度就减小很多倍,所以色谱峰就窄了。

4、为什么有的难分离组分用薄膜柱子或者固定液涂泽量少的柱子来分析分离度大,而更多的组分用厚膜或者固定液涂泽量大的分离度高?

答:分离度等于保留时间之差除以峰宽之和的一半。根据速率理论,薄膜的柱子传质阻力小,所以柱效率高,分离度高。但根据进样宽度,厚膜柱子分配比k大,所以进样展宽小,色谱峰宽小,因此分离度高。

  一般来说,高含量组分用厚膜柱子好,可以减少进样宽度,增加分离度;低含量组分用厚膜柱子好,因为厚膜柱子允许更大的进样量,检出限高。啊?那么薄膜柱子就没存在的必要了?错。薄膜柱子柱流失小的多,而且对于含量不大不小的样品,也有更好的分离度。

现在我们已经学习了正常展宽。通过正常展宽,我们知道:

   正常峰宽W正常=W塔板+W进样。

   其中:

   W塔板=4σ=4t/√n

   W进样=(V衬管/分流比a)/(V塔板×分配比k)

  由于毛细管进行了分流,所以W进样被一定程度抑制,但仍然是毛细管色谱峰宽的主流。如果不分流,那么必然会有更大的峰宽。虽然是主流,但W塔板依然存在,所以随着时间增加W塔板的增加,峰宽也必然出现一定程度的加宽。

  因此当我们需要抑制正常峰宽的时候,对于毛细管,应该主要考虑W进样,即减小分流不分流衬管体积、增加分流比、增加膜厚或制作溶剂聚焦,都是非常有效的。

  对于填充柱,我们则主要通过增加柱效率n(理论塔板数)、增加载气流速柱箱温度来减小保留时间达到目标。当然,减小进样体积,增加固定液涂渍量也有一定效果。当然,要提高分离度,那么可能需要考虑更多,因为增加流速和柱箱温度,还会带来其他一些问题。

但这并不是峰宽的全部。因为:

W峰宽=W正常+W异常

色谱峰的不正常展宽,W异常,包括所有使峰宽变的不正常的因素。即:

W异常=W柱超载+W强吸附+W死体积+W检测器+。。。

这些因素,不但会导致峰展宽,还会带来更多的麻烦-峰形变差,首先我们需要了解的是W柱超载,色谱柱超载导致的峰展宽。

什么是色谱柱超载?

答:样品中某个组分含量太大,导致色谱柱无法容纳,造成该组分色谱峰比低含量下该组分的色谱峰宽度增加10%,这个时候,我们就说该组分在色谱柱上发生了超载。

答:根据塔板理论,组分在气液两相中的分配系数K是一个常数。这个在低浓度的情况下是对的,但在高浓度下,这完全是胡说八道。特别是气固色谱,固体吸附剂只能吸附3层组分分子,3层吸附满了之后,吸附剂表面是无法继续吸附更多组分的。也就是说,如果样品中某个组分含量特别高,色谱柱固定相被该组分所饱和,无法继续按照分配系数进行溶解或者吸附的时候,固定相就只能溶解或者吸附比正常量少的该组份了。那么剩下的该组分会发生什么?当然只能跟着载气往后面的空柱子上跑,并在后面的空柱子上进行溶解或者吸附。那么这时候,该组分的W进样就因此而变大了。当这个变大超过10%(W进样的?错,其实是包括W塔板的W正常增加10%),我们就说色谱柱超载了。

  所以分析高纯物质,或者溶液态物质,高纯组分和溶剂组分的峰特别宽。所以分析高纯丙烯,99.6%的丙烯和0.4%的丙烷,色谱峰都比其他ppm级组分色谱峰更宽,特别是丙烯,有十几个其他色谱峰的宽度。所以溶剂峰大的出奇,也宽的离谱。其实在一个丙烯样品中,大多数组分的k虽然有差异,但不很大,因此看上去峰宽都一样;但实际上k的不同,对峰宽也是有影响的,后出色谱峰k大,峰宽应该小,但刚刚好后出峰有W正常的加宽,所以两者抵消了呢。

 

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