(二)速率理論
速率理論是1956年由荷蘭人Van Deemter提出的,根據速率理論,影響柱效(峰展寬)的幾種因素的相互關係為:
HETP=Au1/3+B/u+Cu
式中HETP——理論塔板高度
A——渦流擴散項
B/u——縱向擴散項(因擴散引起的區帶展寬)
u——流動相的流速
Cu——傳質阻力項
(1)渦流擴散項A這是因為載氣在柱中存在不同的路徑或多通道效應而引起的分析物擴散。在填充柱色譜中,固相載體顆粒均勻度較差以及裝填不好,都會使得載氣存在多通道效應,從而導致分析物在柱中產生擴散。因此,可通過使用高性能固相載體和商品化填充粒來改善柱效。
(2)縱向擴散項B/u也叫分子擴散,是樣品在色譜柱的軸向上向前後發生擴散。縱向擴散是由於樣品組分在濃度梯度的作用下,由高濃度向低濃度擴散的結果。載氣流速越快,縱向擴散越小。
(3)傳質阻力項Cu它由固定相傳質阻力和流動相傳質阻力兩部分構成。樣品組分在傳質的過程中,如果其中一個分子溶解在固定相中,另一個並沒有溶解,那麼沒有溶解的分子就繼續沿著柱長方向移動,而另一個仍然停留在固定相中,這就導致了組分在柱中區帶展寬。影響這項的另一個因素是固定相的液膜厚度和在固相載體上塗漬的不均勻度,固定相液膜厚度應兼顧考慮最大分離效率和樣品容量兩個方麵,大多數應用中都采用0.25~1μm。
(三)氣相色譜的分離原理
在氣相色譜分析中,混合物中各組分分離與否,常以混合物中相鄰二組分的分離情況來判斷。
要使相鄰二組分得到分離,其必要條件是:兩峰間有一定距離,且峰形較窄。分離度是定量描述這一必要條件的參數。
兩峰間的距離由被分離組分在流動相和固定相兩相間的分配係數所決定。對於一定試樣,在一定溫度下,分配係數的大小取決於固定相的性質。峰寬度與組分在色譜柱內的運動情況有關,它取決於分離操作條件。
試樣氣體由載氣攜帶進入色譜柱,組分在固定相和流動相間發生的吸附-脫附,溶解-揮發的過程叫做分配過程。以分配係數的大小來衡量。
在一定溫度下,各物質在兩相間的分配係數是不同的。分配係數小的組分,隨載氣前移速度快,在柱內停留時間短;分配係數大的組分,隨載氣前移的速度慢,在柱內停留時間長;因此經過足夠多次的分配以後,組分間便彼此分離。
綜上所述,氣相色譜的分離原理是利用不同物質在流動相和固定相兩相間分配係數的不同,當兩相作相對運動時,試樣中各組分就在兩相中經過反複多次的分配,從而使原來分配係數僅有微小差異的各組分能夠彼此分離。
四、氣相色譜儀
(一)氣相色譜儀工作流程
氣相色譜儀是一種能夠分離、分析多種組分混合物的儀器。
載氣由載氣高壓鋼瓶來供給,經減壓閥減壓後,通過淨化器淨化由進樣器進入色譜柱。樣品由進樣器注入,瞬間汽化後被載氣帶入色譜柱。分離後的組分隨載氣依次流出色譜柱進入檢測器。檢測器將組分含量(或質量)的變化轉變成相應大小的電壓(或電流)信號,由記錄器記錄下來,得到色譜流出曲線。
(二)氣相色譜儀基本配置
氣相色譜儀主要由以下幾部分組成。
(1)氣路係統包括載氣和檢測器所用氣體的氣源以及氣流控製裝置。
(2)進樣係統GC進樣係統包括樣品引入裝置和汽化室。
(3)柱係統包括柱加熱箱、色譜柱以及與進樣口和檢測器的接頭。
(4)檢測係統目前主要使用的檢測器有熱導檢測器(TCD)、氫焰離子化檢測器(FID)、氮磷檢測器(NPD)、電子俘獲檢測器(ECD)、火焰光度檢測器(FPD)、質譜檢測器(MSD)、原子發射光譜檢測器(ACD)等。
(5)數據處理係統即對GC原始數據進行處理,畫出色譜圖,並獲得相應的定性定量數據。
(6)控製係統主要是檢測器、進樣口和柱溫的控製,檢測信號的控製等。
其中起分離作用的柱係統和起檢測作用的檢測係統是儀器的主要部分。