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HPLC中影响峰形扩展的动力学解释

时间:2012-01-04 点击次数:5792

 

当样品以柱塞状或点状注入液相色谱柱后,在液相流动相驱动下实现各个组分的分离,并引起色谱峰形的扩展。在高效液相色谱分析中,溶质在色谱柱中的谱带扩展是由涡流扩散、分子扩散和传质阻力三方面的因素决定的。由于HPLC使用全多孔固定相,因此,不仅存在固定相和流动相的传质阻力,还存在滞留在固定相孔穴中的直流流动相的传质阻力。

1. 涡流扩散

当样品注入由全多孔微粒固定相填充的色谱柱后,在液体流动相驱动下,样品分子不可能沿直线运动,而是不断改变方向,形成紊乱似涡流的曲线运动。由于样品分子在不同流路中受到的阻力不同,而使其在柱中的运行速度有快有慢,从而使到达柱出口的时间不同,导致峰形的扩展,它与液体流动相的性质、线速度、样品的性质、固定相的性质无关,仅与固定相的粒度和柱填充的均匀程度有关。如图1所示。

 

2. 分子扩散

当样品以塞状(或点状)进样注入色谱柱后,沿色谱柱的轴向,即流动相向前移动的方向,会逐渐产生浓差扩散,也可称作纵向扩散,而引起色谱峰形的扩展。样品在色谱柱中滞留的时间越长,色谱谱带的分子扩散也越严重。但由于液相色谱中,液体流动相的粘度和密度都远高于气体流动相,其扩散系数很小,因此由分子扩散引起的峰形扩展较小,在大多数情况下可以忽略不计。

 

3. 传质阻力

1)固定相的传质阻力

溶质分子从液体流动相转移进入固定相和从固定相移出重新进入液体流动相的过程,会引起色谱峰形的明显扩展。如图3所示:

1-进样后起始峰形;2-载体;3-固定液(液膜厚度为df);4-液体流动相;

5-溶解在固定液表面溶质分子到达峰的前沿;

6-溶解在固定液内部溶质分子到达峰的后尾;7-样品移除色谱柱时的峰形

以液液色谱为例,在流动相中溶质分子的迁移速度依赖于它在液相固定液中的溶解和扩散。溶解进入固定液层深处的溶质分子,其扩散离开固定液时,已落在另一些已随载液向前运行的大部分溶质分子之后。在上述过程中,载液的流速总是大于溶质样品谱带的平均迁移速度。当载体上涂布的固定液液膜越薄(薄壳型)、载体无吸附效应或吸附剂固相表面具有均匀的物理吸附作用时,都可减少谱带扩展。

2)移动流动相的传质阻力

在固定相颗粒间移动的流动相,对处于不同层流的流动相分子具有不同的流速,溶质分子在紧挨颗粒边缘的流动相层流中的移动速度要比在中心层流中的移动速度慢,因而引起峰形扩展。与此同时,也会有些溶质分子从移动快的层流向移动慢的层流扩散(径向扩散)。这会使不同层流中的溶质分子的移动速度趋于一致而减少峰形扩展。如图4所示。

1-进样后的起始峰形;2-移动流动相在固定相颗粒间构成的层流;

3-固定相基体;4-样品移出色谱柱时的峰形

3)滞留流动相的传质阻力

柱中装填的无定形或球形全多孔固定相,其颗粒内部的空洞充满了滞留流动相,溶质分子在滞留流动相的扩散会产生传质阻力。对仅扩散到空洞中滞留流动相表层的溶质分子,其仅需移动很短的距离,就能很快的返回到颗粒间流动相的主流路,而扩散到空洞中滞留流动相较深处的溶质分子,就会消耗更多的时间停留在空洞中,当其返回到主流路时必然伴随谱带的扩展,如图5所示。

 

 

 

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