色谱理论

色谱过程动力学研究物质在色谱过程中的运动规律，如解释色谱流出曲线的形状、谱带展宽的机理，从而为选择色谱分离条件提供理论指导。用严格的数学公式表述色谱理论需要根据溶质在柱内的迁移过程及影响这一过程的各种因素，列出相应的偏微分方程组，求出描述色谱谱带运动的方程式。其数学处理相当复杂，方程组的求解也非常困难。在实际研究中，通常要进行适当的条件假设并作简化的数学处理。在此仅作简单介绍。　　1. 塔板理论　　塔板理论把气液色谱柱当作一个精馏塔，沿用精馏塔中塔板的概念描述溶质在两相间的分配行为，并引入理论塔板数（the number of theoretical plates）N和理论塔板高度（theoretical plate height）H作为衡量柱效的指标。　　根据塔板理论，溶质进入柱入口后，即在两相间进行分配。对于正常的色谱柱，溶质在两相间达到分配平衡的次数在数千次以上，最后，"挥发度"最大（保留最弱）的溶质最先从"塔顶"（色谱柱出口）逸出（流出），从而使不同"挥发度"（保留值）的溶质实现相互分离。　　理论塔板数N可以从色谱图中溶质色谱峰的有关参数计算，常用的计算公式有以下两式：分式中：b1/2为半峰宽；w为峰底宽（经过色谱峰的拐点所作三角形的底边宽）。理论塔高度H与理论塔板数N和柱长的关系如下： H=l/N[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=8620]相关附件[/url]

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其他讲座资料看[url=http://www.instrument.com.cn/bbs/detail.asp/threadid/1679222/forumid/25/year/2009/query/search] 学习[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]跟yuen72老师入门[/url]10个人跑步，4个人8m/s，6个人不动。平均速度是3.2，这个大家知道。但是这样跑下去，人会分成两批。为什么进入色谱柱的组分，分成固定相中的部分和流动相中的部分后，却同时流出色谱柱，成为一个色谱峰呢？这是因为组分在固定相和流动相中的平衡，是一种动态平衡。为什么进样的时候是一个浓度相等的体积，出来的时候就成了高斯分布的扣钟形呢？为了解释这个原因，1942年英国科学家Martin和Synge发表了著名的有关塔板理论的论文，解释了其中的原因，并因此获得了1952年诺贝尔化学奖。什么是塔板理论？塔板理论是由以下四个假设构成的。1、在柱内一小段长度H内，组分可以在两相间迅速达到平衡。这一小段柱长称为理论塔板高度H。2、流动相（如载气）进入色谱柱不是连续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（ΔVm）。3、所有组分开始时存在于第0号塔板上，而且试样沿轴（纵）向扩散可忽略。4、分配系数在所有塔板上是常数，与组分在某一塔板上的量无关。这四条假设严格讲都是不成立的。但我们知道科学需要适当进行抽象和简化，因此这样略有偏差的简化是可以接受的。偏差带来了误差，为了消除这些误差，1956年荷兰人Van Deemter提出了速率理论，对塔板理论做出了修正。塔板理论不仅仅是一个抽象的理论，它是分析色谱问题的主要出发点之一。这四条假设必须牢记在心，并在色谱出现问题的时候用来解释这些问题出现的原因。当你做到这些，你就可以自豪的说：我，色谱已经入门了。

色谱理论知识[~74061~]

求书《色谱模型理论导引》，科学出版社的，林炳昌老师编写的，很好的制备色谱理论书，那里有电子版，拿出来分享一下吗，

试验做完后，你们有气相色谱柱的烧柱习惯吗？从理论上和实践上分别来讲，烧柱的温度应该如何决定？应该遵循什么原则？

虽然从事色谱分析已经有2年了，但是其实笔者的基础知识一直不是很扎实，尤其是踏板理论，我一直搞不太明白。最近再想一个问题，同样的分析条件下，从氮气换成氦气或氢气为什么可以提高柱效，有没有老师能用踏板理论或者别的来解释下

一、基本概念和术语1．色谱图和峰参数Ø 色谱图(chromatogram)——样品流经色谱柱和检测器，所得到的信号-时间曲线，又称色谱流出曲线(elution profile)。Ø 基线(base line)——经流动相冲洗，柱与流动相达到平衡后，检测器测出一段时间的流出曲线。一般应平行于时间轴。Ø 噪音(noise)——基线信号的波动。通常因电源接触不良或瞬时过载、检测器不稳定、流动相含有气泡或色谱柱被污染所致。Ø 漂移(drift)——基线随时间的缓缓变化。主要由于操作条件如电压、温度、流动相及流量的不稳定所引起，柱内的污染物或固定相不断被洗脱下来也会产生漂移。Ø 色谱峰(peak)——组分流经检测器时响应的连续信号产生的曲线。流出曲线上的突起部分。正常色谱峰近似于对称形正态分布曲线（高斯Gauss曲线）。不对称色谱峰有两种：前延峰(leading peak)和拖尾峰(tailing peak)。前者少见。Ø 拖尾因子(tailing factor，T)——T＝，用以衡量色谱峰的对称性。也称为对称因子(symmetry factor)或不对称因子(asymmetry factor)。《中国药典》规定T应为0.95~1.05。T＜0.95为前延峰，T＞1.05为拖尾峰。Ø 峰底——基线上峰的起点至终点的距离。Ø 峰高(peak height，h)——峰的最高点至峰底的距离。Ø 峰宽(peak width，W)——峰两侧拐点处所作两条切线与基线的两个交点间的距离。W＝4σØ 半峰宽(peak width at half-height，Wh/2)——峰高一半处的峰宽。Wh/2＝2.355σØ 标准偏差(standard deviation，σ)——正态分布曲线x＝±1时（拐点）的峰宽之半。正常峰的拐点在峰高的0.607倍处。标准偏差的大小说明组分在流出色谱柱过程中的分散程度。σ小，分散程度小、极点浓度高、峰形瘦、柱效高；反之，σ大，峰形胖、柱效低。Ø 峰面积(peak area，A)——峰与峰底所包围的面积。A＝×σ×h＝2.507 σ h＝1.064 Wh/2 h2．定性参数（保留值）Ø 死时间(dead time，t0)——不保留组分的保留时间。即流动相（溶剂）通过色谱柱的时间。在反相HPLC中可用苯磺酸钠来测定死时间。Ø 死体积(dead volume，V0)——由进样器进样口到检测器流动池未被固定相所占据的空间。它包括4部分：进样器至色谱柱管路体积、柱内固定相颗粒间隙（被流动相占据，Vm）、柱出口管路体积、检测器流动池体积。其中只有Vm参与色谱平衡过程，其它3部分只起峰扩展作用。为防止峰扩展，这3部分体积应尽量减小。V0＝F×t0（F为流速）Ø 保留时间(retention time，tR)——从进样开始到某个组分在柱后出现浓度极大值的时间。Ø 保留体积(retention volume，VR)——从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大值时流出溶剂的体积。又称洗脱体积。VR＝F×tRØ 调整保留时间(adjusted retention time，t'R)——扣除死时间后的保留时间。也称折合保留时间(reduced retention time)。在实验条件（温度、固定相等）一定时，t'R只决定于组分的性质，因此，t'R（或tR）可用于定性。t'R＝tR－t0Ø 调整保留体积(adjusted retention volume，V'R)——扣除死体积后的保留体积。V'R＝VR－V0或V'R＝F×t'R3．柱效参数Ø 理论塔板数(theoretical plate number，N)——用于定量表示色谱柱的分离效率（简称柱效）。N取决于固定相的种类、性质（粒度、粒径分布等）、填充状况、柱长、流动相的种类和流速及测定柱效所用物质的性质。如果峰形对称并符合正态分布，N可近似表示为：N＝()2＝16()2＝5.54()2N为常量时，W随tR成正比例变化。在一张多组分色谱图上，如果各组分含量相当，则后洗脱的峰比前面的峰要逐渐加宽，峰高则逐渐降低。用半峰宽计算理论塔数比用峰宽计算更为方便和常用，因为半峰宽更易准确测定，尤其是对稍有拖尾的峰。N与柱长成正比，柱越长，N越大。用N表示柱效时应注明柱长，如果未注明，则表示柱长为1米时的理论塔板数。（一般HPLC柱的N在1000以上。）若用调整保留时间(t'R)计算理论塔板数，所得值称为有效理论塔板数(N有效或Neff)。Ø 理论塔板高度(theoretical plate height，H)——每单位柱长的方差。H＝。实际应用时往往用柱长L和理论塔板数计算：H＝，H有效＝。4．相平衡参数Ø 分配系数(distribution coefficient，K)——在一定温度下，化合物在两相间达到分配平衡时，在固定相与流动相中的浓度之比。K＝。分配系数与组分、流动相和固定相的热力学性质有关，也与温度、压力有关。在不同的色谱分离机制中，K有不同的概念：吸附色谱法为吸附系数，离子交换色谱法为选择性系数　（或称交换系数），凝胶色谱法为渗透参数。但一般情况可用分配系数来表示。在条件（流动相、固定相、温度和压力等）一定，样品浓度很低时（Cs、Cm很小）时，K只取决于组分的性质，而与浓度无关。这只是理想状态下的色谱条件，在这种条件下，得到的色谱峰为正常峰；在许多情况下，随着浓度的增大，K减小，这时色谱峰为拖尾峰；而有时随着溶质浓度增大，K也增大，这时色谱峰为前延峰。因此，只有尽可能减少进样量，使组分在柱内浓度降低，K恒定时，才能获得正常峰。在同一色谱条件下，样品中K值大的组分在固定相中滞留时间长，后流出色谱柱；K值小的组分则滞留时间短，先流出色谱柱。混合物中各组分的分配系数相差越大，越容易分离，因此混合物中各组分的分配系数不同是色谱分离的前提。在HPLC中，固定相确定后，K主要受流动相的性质影响。实践中主要靠调整流动相的组成配比及pH值，以获得组分间的分配系数差异及适宜的保留时间，达到分离的目的。Ø 容量因子(capacity factor，k)——化合物在两相间达到分配平衡时，在固定相与流动相中的量之比。k＝。因此容量因子也称质量分配系数。分配系数、容量因子与保留时间之间有如下关系：k＝＝＝K＝，t'R＝k t0。上式说明容量因子的物理意义：表示一个组分在固定相中停留的时间（t'R）是不保留组分保留时间（t0）的几倍。k＝0时，化合物全部存在于流动相中，在固定相中不保留，t'R＝0；k越大，说明固定相对此组分的容量越大，出柱慢，保留时间越长。容量因子与分配系数的不同点是：K取决于组分、流动相、固定相的性质及温度，而与体积Vs、Vm无关；k除了与性质及温度有关外，还与Vs、Vm有关。由于t'R、t0较Vs、Vm易于测定，所以容量因子比分配系数应用更广泛。Ø 选择性因子(selectivity factor，α)——相邻两组分的分配系数或容量因子之比。α＝＝ （设k2＞k1）。因k＝t'R/t0，则α＝，所以α又称为相对保留时间（《美国药典》）。要使两组分得到分离，必须使α≠1。α与化合物在固定相和流动相中的分配性质、柱温有关，与柱尺寸、流速、填充情况无关。从本质上来说，α的大小表示两组分在两相间的平衡分配热力学性质的差异，即分子间相互作用力的差异。5．分离参数Ø 分离度(resolution，R)——相邻两峰的保留时间之差与平均峰宽的比值。也叫分辨率，表示相邻两峰的分离程度。R＝。当W1＝W2时，R＝。当R＝1时，称为4σ分离，两峰基本分离，裸露峰面积为95.4%，内侧峰基重叠约2%。R＝1.5时，称为6σ分离，裸露峰面积为99.7%。R≥1.5称为完全分离。《中国药典》规定R应大于1.5。Ø 基本分离方程——分离度与三个色谱基本参数有如下关系：R＝××其中称为柱效项，为柱选择性项，为柱容量项。柱效项与色谱过程动力学特性有关，后两项与色谱过程热力学因素有关。从基本分离方程可看出，提高分离度有三种途径：①增加塔板数。方法之一是增加柱长，但这样会延长保留时间、增加柱压。更好的方法是降低塔板高度，提高柱效。②增加选择性。当α＝1时，R＝0，无论柱效有多高，组分也不可能分离。一般可以采取以下措施来改变选择性：a. 改变流动相的组成及pH值；b. 改变柱温；c. 改变固定相。③改变容量因子。这常常是提高分离度的最容易方法，可以通过调节流动相的组成来实现。k2趋于0时，R也趋于0；k2增大，R也增大。但k2不能太大，否则不但分离时间延长，而且峰形变宽，会影响分离度和检测灵敏度。一般k2在1~10范围内，最好为2~5，窄径柱可更小些。

听刘虎威老师第一堂课讲色谱的游行理论觉得满好玩！

第2节 色谱理论基础[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=16861]色谱理论基础[/url]

同一台气相色谱仪，同样的实验条件，同一个样品，同一个人操作，前一针理论塔板数为9000多，后一针理论塔板数只有2000多，理论塔板数一直这样时高时低，请问是什么原因，如何解决啊？

请问论坛的大神，色谱分析仪的理论塔板数应该在什么范围内比较合适？针对不同的被测物质，理论塔板数范围不同吗？谢谢！

色谱理论.ppt

柱效一般用理论塔板数来判断，理论塔板数需要用一个单分散物质进样并计算，我们可以认为溶剂峰是吸收了大气中单分散杂质而出的峰，所以可以用溶剂峰积分来计算理论塔板数，PL软件具有计算理论塔板数的功能，具体步骤如下：在GPC offline软件中打开file:///C:/Users/wen/AppData/Roaming/Foxmail/FoxmailTemp(527)/Catch(04-09-18-32-32).jpgreciewer选择最近做的一个样品在工具栏用file:///C:/Users/wen/AppData/Roaming/Foxmail/FoxmailTemp(527)/Catch8A69(04-09-18-32-32).jpg积分工具积分一个峰型对称、峰宽相对较窄并且基线无其他峰干扰的溶剂峰：选择peak summary选项卡在column length中填入相应的柱长（PL色谱柱一般是预柱50+主柱300*n，n为主柱数量），plates per Metre 50%就是理论塔板数了（PL色谱柱说明书上会有写新色谱柱的理论塔板数）file:///C:/Users/wen/AppData/Roaming/Foxmail/FoxmailTemp(527)/CatchC485(04-09-18-32-32).jpg另外，可以选择一个稳定的样品或者单标作为质控样品，测试结果与以前的结果对比看是否有较大差异，这样来判断仪器、色谱柱、标准曲线是否稳定，根据情况来判断是否需要重新标定标准曲线，如果重新标定曲线结果也不好，可以根据理论塔板数来分析是否需要更换色谱柱

[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=25838]色谱基本理论[/url]

[b][color=#000000][size=3]液相色谱除了用到色谱理论，你知道它还用了其它多少个理论吗？（使用时的检测理论也算）[img]http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/brow/em09502.gif[/img][/size][/color][/b]

速率理论是1956年由荷兰学者VanDeemter提出，后经美国人Giddings修改完善，英国人Golay推广应用到毛细管柱上，该理论表述了分离过程中影响柱效的因素及提高柱效的多种途径，其核心是速率方程（也称范·弟姆特方程式或范式方程）H=A+B/u+Cu 式中，H为理论塔板高度，u为载气的线性流速，A为涡流扩散项，B/u为分子扩散项，Cu为传质阻力项。下面将分别从速率方程中的三个因子分别进行分析：1. 涡流扩散A 当色谱柱内的组分随流动相经过固定相颗粒流出色谱柱时，如果固定相颗粒不均匀，则组分在穿过固定相空隙时必然会碰到大小不一的颗粒而不断改变方向，由于流经途径不同使得同一时间进入色谱柱的样品流出时间不同，这种现象称为涡流扩散。涡流扩散的大小可用下式表示： A=2λdP式中，λ为填充不均匀因子，dP为固定相平均颗粒直径。 涡流扩散的存在，造成色谱峰展宽。在填充柱中，固定相颗粒大小是影响涡流扩散的重要原因。一般来说，颗粒细，有利于填充均匀，但是过细时可能造成流动相通过色谱柱时压力增加，不便操作。一般减小涡流扩散的方法是选择细而均匀的颗粒，采用良好的填充技术和尽可能使用短柱。目前气质联用所使用的色谱柱为开管毛细管柱，由于这种色谱柱是空心柱，不存在固定相颗粒对于流动相的影响，因此使用开管毛细管色谱柱的涡流扩散项为0。2. 分子扩散B/u 分子扩散又称纵向扩散，是由于组分在柱的轴向（即流动相前进方向）上形成浓度梯度，样品，沿轴向进行扩散。分子扩散项造成的谱带展宽程度可以表示为：B/u=2γDm/u式中，γ为弯曲因子，反映固定相对分子扩散的阻碍；Dm为样品在流动相中的扩散系数，填充柱的弯曲因子一般在0.6~0.8左右，开管毛细管柱为1。 样品的扩散程度主要与样品的扩散系数、载气的种类和流速大小、温度、柱长等有关。样品分子在流动相中的扩散系数越小，扩散越小；载气的流速越大，样品分子在柱子内部滞留的时间就越短，扩散越小；温度越高，扩散越严重。欲使纵向分子扩散减小，应该选择球状颗粒、适当增加载气流速、选择分子质量较大载气作为流动相（扩散系数小），同时采用短柱和较低柱温。3. 传质阻力Cu 由于溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡，这使得某些组分与固定相作用被保留，某些组分不被保留或保留较小，保留小的组分很快被流动相带走，由于传质过程造成的峰展宽称为传质阻力。气相色谱的传质阻力项分为固定相传质阻力和流动相传质阻力。 一般采用薄的液膜厚度、小的载体颗粒、低黏度的固定液、较高的柱温和较低的载气流速有利于减小传质阻力。 速率理论为柱型的研究和发展提供了理论依据，在速率理论的指导下，围绕如何降低涡流扩散、分子扩散和传质阻力从而降低理论塔板高度，有大量研究和应用。为操作条件的选择，流速的选择，柱温的选择，为色谱柱的填充提供理论指导。 由于目前GC-MS使用的是开管毛细管色谱柱，因此速率理论可以简化为H=2Dm/u+Cu。从式中可以看到流速过小分子扩散项会增大，传质阻力项减小，而流速过大分子扩散项减小，传质阻力项增大，对最后的理论塔板高度都会有影响，因此需要选择合理的流速值，过大或过小都打不到最好的分离效率。而从上面的表述可以看出较低的柱温，较厚的膜厚都是有利于降低理论塔板高度，提高分离效率。而在理论塔板高度一定的情况下，较长的色谱柱会增加理论塔板数，提高分离度。

速率理论是1956年由荷兰学者VanDeemter提出，后经美国人Giddings修改完善，英国人的Golay推广应用到气相色谱仪毛细管柱上，该理论表述了分离过程中影响柱效的因素及提高柱效的多种途径，其核心是速率方程（也称范·弟姆特方程式或范式方程）H=A+B/u+Cu 式中，H为理论塔板高度，u为载气的线性流速，A为涡流扩散项，B/u为分子扩散项，Cu为传质阻力项。 下面将分别从速率方程中的三个因子分别进行分析：1. 涡流扩散A 当色谱柱内的组分随流动相经过固定相颗粒流出色谱柱时，如果固定相颗粒不均匀，则组分在穿过固定相空隙时必然会碰到大小不一的颗粒而不断改变方向，由于流经途径不同使得同一时间进入色谱柱的样品流出时间不同，这种现象称为涡流扩散。涡流扩散的大小可用下式表示：A=2λdP 式中，λ为填充不均匀因子，dP为固定相平均颗粒直径。 涡流扩散的存在，造成色谱峰展宽。在填充柱中，固定相颗粒大小是影响涡流扩散的重要原因。一般来说，颗粒细，有利于填充均匀，但是过细时可能造成流动相通过色谱柱时压力增加，不便操作。一般减小涡流扩散的方法是选择细而均匀的颗粒，采用良好的填充技术和尽可能使用短柱。目前气相色谱仪-质谱仪联用所使用的色谱柱为开管毛细管柱，由于这种色谱柱是空心柱，不存在固定相颗粒对于流动相的影响，因此使用开管毛细管色谱柱的涡流扩散项为0。2. 分子扩散B/u 分子扩散又称纵向扩散，是由于组分在柱的轴向（即流动相前进方向）上形成浓度梯度，样品，沿轴向进行扩散。分子扩散项造成的谱带展宽程度可以表示为：B/u=2γDm/u 式中，γ为弯曲因子，反映固定相对分子扩散的阻碍；Dm为样品在流动相中的扩散系数，填充柱的弯曲因子一般在0.6~0.8左右，开管毛细管柱为1。 样品的扩散程度主要与样品的扩散系数、载气的种类和流速大小、温度、柱长等有关。样品分子在流动相中的扩散系数越小，扩散越小；载气的流速越大，样品分子在柱子内部滞留的时间就越短，扩散越小；温度越高，扩散越严重。欲使纵向分子扩散减小，应该选择球状颗粒、适当增加载气流速、选择分子质量较大载气作为流动相（扩散系数小），同时采用短柱和较低柱温。3. 传质阻力Cu 由于溶质分子在流动相和固定相中的扩散、分配、转移的过程并不是瞬间达到平衡，这使得某些组分与固定相作用被保留，某些组分不被保留或保留较小，保留小的组分很快被流动相带走，由于传质过程造成的峰展宽称为传质阻力。气相色谱仪的传质阻力项分为固定相传质阻力和流动相传质阻力。 一般采用薄的液膜厚度、小的载体颗粒、低黏度的固定液、较高的柱温和较低的载气流速有利于减小传质阻力。 速率理论为柱型的研究和发展提供了理论依据，在速率理论的指导下，围绕如何降低涡流扩散、分子扩散和传质阻力从而降低理论塔板高度，有大量研究和应用。为操作条件的选择，流速的选择，柱温的选择，为色谱柱的填充提供理论指导。

【背景】好多人不屑于理论，说是纸上谈兵——于事无益，空耗时月。我则不然，偏独爱于理论推测，然后导出一个结果预期。然后，根据实际的实验结果，和结果预期互为对比，互为印证。以期能发现点什么。君不见，如今最火的科学研究方法，都是于一系列的现实中抽象出来理论，再把理论应用于对实践的指导，从而创造了蓬勃生机的现代科学体系的么？因此，给自己冠名以理论派，牢骚已毕。【正题】现有两根色谱柱，同样规格，同样型号，同样批次的填料；在同一台液相上，用同一个流动相，同样的色谱条件，用同一个进样瓶里的对照......（妈呀，累死我了）假如，完全平衡后，A柱的主峰保留时间为3min，B柱的主峰保留时间为6min，我能得出结论：B柱的质量优于A柱的质量吗？欢迎赐教！

突然想到一个问题，化工工业装置用的填料一般每米理论板数仅为1~5块，但是气相色谱30m长的柱理论板数却能达到几万、几十万块理论板，这是如何做到的呢？这些填料有什么不同呢？大家都来说说吧

我用液相色谱分析农药制剂含量，按配制的小样加入的原药量理论值应该是0.2%，但是用液相色谱分析结果为0.27%，请教高手分析可能原因，谢谢

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改错题：（要求写出理由）1、GC法分离时，选择固定液分离试样时，如果选择的固定液极性越大，则分离的效果就越好。2、采用HPLC法分离时，洗脱时间与流动相的洗脱程度成反比。一般来说，当洗脱液的极性变大时，可缩短分析时间。3、对于难分离组分来说，运用程序升温的效果一般来说会比恒温色谱要好。4、程序升温主要是用于沸点范围大的样品分离，但其分离时的峰容量则与恒温色谱基本相同。5、评价色谱分离效果时，分离度只是表示理论上的分离效果，实际分离效果要用真实分离度来表示。[color=#DC143C]大家答题，版主给加积分奖励 by水中月[/color]

气相中色谱柱理论塔板数受什么影响