(四)速率理論及影響柱效率的因素

塔板理論的某些假設(shè)與實際的色譜過程不完全相符，如組分的縱向擴(kuò)散可以忽略(實際上不能忽略)、分配系數(shù)與濃度無關(guān)(實際上只在一定范圍內(nèi)無關(guān))等，因此它無法很好地解釋色譜峰擴(kuò)展而使理論塔板數(shù)降低等現(xiàn)象。

范弟姆特(van Deemter)等的速率理論認(rèn)為，色譜峰擴(kuò)展的原因是受渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散、氣液兩相間傳質(zhì)阻力的影響，它們的關(guān)系為：

（5-14）

式中，A為渦流擴(kuò)散項，B／u為分子擴(kuò)散項，Cu為傳質(zhì)阻力項，u為載氣線速度。

渦流擴(kuò)散項與載氣流速無關(guān)，與色譜柱內(nèi)填充物顆粒大小及其均勻性有關(guān)，填充不均勻，顆粒直徑大，則峰擴(kuò)展嚴(yán)重(圖5—4)，柱效率降低。

分子擴(kuò)散項是由于組分在氣相中的濃度差擴(kuò)散所引起的，它與組分的性質(zhì)、柱溫、柱壓和載氣性質(zhì)有關(guān)。載氣線速較大時，分子擴(kuò)散項變化很小，色譜峰擴(kuò)展與載氣線速呈負(fù)相關(guān)。

傳質(zhì)阻力項包括液相傳質(zhì)阻力和氣相傳質(zhì)阻力。氣相傳質(zhì)阻力就是組分分子從氣相到兩相界面問進(jìn)行交換時的傳質(zhì)阻力，這個阻力會使柱子的橫斷面上的濃度分配不均勻。這種傳質(zhì)阻力越大。所需的時間就越長，濃度分配就越不均勻，峰擴(kuò)展就越嚴(yán)重。液相傳質(zhì)阻力是組分從氣液界面擴(kuò)散到液相內(nèi)部發(fā)生質(zhì)量交換，達(dá)平衡后又返回氣液界面的傳質(zhì)阻力，在整個傳質(zhì)過程期間受到的阻力越大，需要的時間就越長，與未進(jìn)入液相的分子間的距離就越遠(yuǎn)，色譜峰擴(kuò)展就越嚴(yán)重。

(五)操作條件的選擇

氣相色譜分離條件的選擇應(yīng)綜合考慮分離效能、分離度等指標(biāo)，參照范弟姆特速率理論選擇適當(dāng)?shù)牟僮鳁l件。

1、柱長

增加色譜柱長可以增加理論塔板數(shù)，但會使峰寬加大，分析時間延長。因此填充色譜柱的柱長要選擇適當(dāng)，色譜柱長的選擇以使組分分離度達(dá)到所期望的值為準(zhǔn)。

2、柱徑

色譜柱徑小有利于減少組分在柱內(nèi)的分子擴(kuò)散，提高色譜柱效能，但柱徑太小不利于操作，填充色譜柱的柱內(nèi)徑一般以2～3mm為宜。

3、載氣及其流速

載氣的選擇首先要適應(yīng)所用檢測器的要求，同時應(yīng)考慮載氣對柱效的影響。根據(jù)范弟姆特速率理論，當(dāng)u較小時，分子擴(kuò)散項B／u是影響等板高度的主要因素，宜選擇分子質(zhì)量較大的載氣(N2、Ar)，以減小組分在載氣中的擴(kuò)散系數(shù)。當(dāng)u較大時，傳質(zhì)阻力項Cu起主導(dǎo)作用，宜選擇相對分子質(zhì)量小的載氣(H2，He)，使組分有較大的擴(kuò)散系數(shù)，減小傳質(zhì)阻力。載氣流速的選擇可依據(jù)范弟姆特方程，等板高度隨載氣流速的變化如圖5—5所示，曲線最低點等板高度最小，此時載氣流速為最佳值。在填充柱色譜中，載氣流速一般以N2 3～4 cm/s、He 6～7cm/s較為合適。實際分析中載氣流速一般大于最佳值。

1、柱溫

色譜柱溫度是非常重要的色譜參數(shù)，直接影響分離效能和分析速度。提高色譜柱溫度可以加速傳質(zhì)速率，改善色譜柱效能；同時，又加劇縱向擴(kuò)散，導(dǎo)致色譜柱效能下降。因此在確定色譜柱溫度時，除考慮色譜柱效能外，應(yīng)從組分的穩(wěn)定性、分離度、固定液的使用溫度、分析時間等多方面綜合考慮。農(nóng)藥多殘留等多組分的分析通常采用程序升溫的辦法解決。

2、擔(dān)體

粒度細(xì)小、裝填均勻有利于減小渦流擴(kuò)散、提高柱效。一般粒度直徑為色譜柱內(nèi)徑的1／20～1／25為宜。

3、氣化溫度

氣化的溫度應(yīng)高于各組分最高沸點，保證所有組分瞬間氣化，否則高沸點組分逐步氣化會造成色譜峰變寬或拖尾，降低色譜柱效能。

4、樣品進(jìn)樣量

樣品進(jìn)樣量不宜過大，如果進(jìn)樣量超過色譜柱負(fù)荷量，則降低色譜柱效能，色譜峰變寬。加大進(jìn)樣量時，要增加色譜柱的內(nèi)徑或提高固定液的涂漬量，以提高色譜柱的負(fù)荷能力，但固定液的增加會降低色譜柱效能。適當(dāng)降低色譜柱溫度也可提高色譜柱的負(fù)荷能力。

參考資料：農(nóng)藥殘留分析