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HPLC中影響峰形擴(kuò)展的動力學(xué)解釋
時間:2012-01-04 點(diǎn)擊次數(shù):5653
當(dāng)樣品以柱塞狀或點(diǎn)狀注入液相色譜柱后,在液相流動相驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)各個組分的分離,并引起色譜峰形的擴(kuò)展。在高效液相色譜分析中,溶質(zhì)在色譜柱中的譜帶擴(kuò)展是由渦流擴(kuò)散、分子擴(kuò)散和傳質(zhì)阻力三方面的因素決定的。由于HPLC使用全多孔固定相,因此,不僅存在固定相和流動相的傳質(zhì)阻力,還存在滯留在固定相孔穴中的直流流動相的傳質(zhì)阻力。
1. 渦流擴(kuò)散
當(dāng)樣品注入由全多孔微粒固定相填充的色譜柱后,在液體流動相驅(qū)動下,樣品分子不可能沿直線運(yùn)動,而是不斷改變方向,形成紊亂似渦流的曲線運(yùn)動。由于樣品分子在不同流路中受到的阻力不同,而使其在柱中的運(yùn)行速度有快有慢,從而使到達(dá)柱出口的時間不同,導(dǎo)致峰形的擴(kuò)展,它與液體流動相的性質(zhì)、線速度、樣品的性質(zhì)、固定相的性質(zhì)無關(guān),僅與固定相的粒度和柱填充的均勻程度有關(guān)。如圖1所示。
2. 分子擴(kuò)散
當(dāng)樣品以塞狀(或點(diǎn)狀)進(jìn)樣注入色譜柱后,沿色譜柱的軸向,即流動相向前移動的方向,會逐漸產(chǎn)生濃差擴(kuò)散,也可稱作縱向擴(kuò)散,而引起色譜峰形的擴(kuò)展。樣品在色譜柱中滯留的時間越長,色譜譜帶的分子擴(kuò)散也越嚴(yán)重。但由于液相色譜中,液體流動相的粘度和密度都遠(yuǎn)高于氣體流動相,其擴(kuò)散系數(shù)很小,因此由分子擴(kuò)散引起的峰形擴(kuò)展較小,在大多數(shù)情況下可以忽略不計。
3. 傳質(zhì)阻力
(1)固定相的傳質(zhì)阻力
溶質(zhì)分子從液體流動相轉(zhuǎn)移進(jìn)入固定相和從固定相移出重新進(jìn)入液體流動相的過程,會引起色譜峰形的明顯擴(kuò)展。如圖3所示:
1-進(jìn)樣后起始峰形;2-載體;3-固定液(液膜厚度為df);4-液體流動相;
5-溶解在固定液表面溶質(zhì)分子到達(dá)峰的前沿;
6-溶解在固定液內(nèi)部溶質(zhì)分子到達(dá)峰的后尾;7-樣品移除色譜柱時的峰形
以液液色譜為例,在流動相中溶質(zhì)分子的遷移速度依賴于它在液相固定液中的溶解和擴(kuò)散。溶解進(jìn)入固定液層深處的溶質(zhì)分子,其擴(kuò)散離開固定液時,已落在另一些已隨載液向前運(yùn)行的大部分溶質(zhì)分子之后。在上述過程中,載液的流速總是大于溶質(zhì)樣品譜帶的平均遷移速度。當(dāng)載體上涂布的固定液液膜越?。ūば停?、載體無吸附效應(yīng)或吸附劑固相表面具有均勻的物理吸附作用時,都可減少譜帶擴(kuò)展。
(2)移動流動相的傳質(zhì)阻力
在固定相顆粒間移動的流動相,對處于不同層流的流動相分子具有不同的流速,溶質(zhì)分子在緊挨顆粒邊緣的流動相層流中的移動速度要比在中心層流中的移動速度慢,因而引起峰形擴(kuò)展。與此同時,也會有些溶質(zhì)分子從移動快的層流向移動慢的層流擴(kuò)散(徑向擴(kuò)散)。這會使不同層流中的溶質(zhì)分子的移動速度趨于一致而減少峰形擴(kuò)展。如圖4所示。
1-進(jìn)樣后的起始峰形;2-移動流動相在固定相顆粒間構(gòu)成的層流;
3-固定相基體;4-樣品移出色譜柱時的峰形
(3)滯留流動相的傳質(zhì)阻力
柱中裝填的無定形或球形全多孔固定相,其顆粒內(nèi)部的空洞充滿了滯留流動相,溶質(zhì)分子在滯留流動相的擴(kuò)散會產(chǎn)生傳質(zhì)阻力。對僅擴(kuò)散到空洞中滯留流動相表層的溶質(zhì)分子,其僅需移動很短的距離,就能很快的返回到顆粒間流動相的主流路,而擴(kuò)散到空洞中滯留流動相較深處的溶質(zhì)分子,就會消耗更多的時間停留在空洞中,當(dāng)其返回到主流路時必然伴隨譜帶的擴(kuò)展,如圖5所示。