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色谱速率理论——Van Deemter方程的图解

安平

2013/10/05
药物分析

气相色谱（GC）

色谱速率理论——Van Deemter方程的图解

概述：色谱速率理论的图解

作为色谱工作者，基本理论的学习和理解是十分重要的。理论学习往往比较枯燥和抽象，本文采用了图解的办法，简单讲述了Van Deemter方程的意义，力图简单明了。

我们学习色谱理论的时候，都学习过速率理论，用以解释色谱峰展宽的原因。

我们大概也都学习过经典的Van Deemter方程，如下所示：

H 理论塔板高度

A 涡流扩散项

B/u 纵向扩散项

Cu 传质阻力项

或者略微详细一点，方程2这样写法的：

将传质阻力项C.u分开讨论，Cs.u和Cm.u。

Cs.u 固定相传质阻力项

Cm.u 流动相传质阻力项

下图是我们比较熟悉的，Van Deemter方程曲线：

流速和理论塔板高度的曲线，由图可知，分析中需要选择合适的柱流速，才能实现较高柱效。

更加详细一点的，即方程2的图解（摘自刘虎威老师的《气相色谱方法及应用》）：

下面逐项用简单图解给予解释：

A 涡流扩散项图解

对于填充柱，物质分子在色谱柱内运行时产生的多重路径现象，即不同分子在色谱柱内运行路径长度不同，造成色谱峰展宽。

涡流扩散项与色谱柱流速无关。采用较小体积、分布较为均匀的的填充颗粒，会降低涡流扩散项。

毛细管柱不存在涡流扩散项，毛细管柱的Van Deemter 方程中，没有A项（其实A和流速也是有关系的，有Gdings的修正方程）。

B/u 纵向扩散项

样品在色谱轴向方向上存在有浓度差异，样品带内浓度较高，会在色谱柱轴向上产生扩散现象，如下图所示：

增加色谱柱流速，会使得纵向扩散项减小。减弱由此项导致的色谱峰展宽。

C.u 传质阻力项

传质阻力项分为固定相传质阻力Cs.u和流动相传质阻力Cm.u。反映了色谱样品在色谱柱内流动相和固定相中传递受到的阻力。

Cs.u 固定相传质阻力项

固定相传质阻力项，样品在固定相和流动相界面间进行分配的时候，样品进入到流动相中然后再逸出，需要消耗一定的时间，造成了谱带的展宽。

色谱柱流速增大，固定相传质阻力越大（实际上是物质在两相间分配的速度和流动相流速之间的差距加剧了）。

较少的固定液含量、较薄的液膜厚度，会带来较小的固定相传质阻力。

Cm.u 流动相传质阻力项

流动相传质阻力项，样品分子在流动相（载气）中自由运动，可以将其运动分解成平行于流动相流动方向和垂直流动相方向，即YOZ平面上的运动。

色谱柱径向（YOZ平面）上的运动，会造成谱带展宽。色谱柱流速增大，流动相传质阻力会增大，但是增大到一定程度之后，变化就不太明显了（分子在色谱柱径向的运动和载气流速相比较影响就比较低了）。

较大的色谱柱内径会带来较大的流动相传质阻力。

综合所有项，就有了我们比较熟悉的Van Deemter曲线，色谱分析中，柱流速较高或者较低，都会损失柱效，不利于分离。

小结：用图解的办法，解释了Van Deemter 方程的各项。细内径、薄液膜、合适的流速，会带来较好柱效。

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zyl3367898

第1楼2013/10/05

应助达人

安老师，您的文章段落与段落相隔那么大，是排版的原因还是中间有图？

1

安平

第2楼2013/10/05

应助达人

我修改一下看看

0

精
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zhw19811005

第3楼2013/10/05

图解往往是最直观的方式

0

雨木霖

第4楼2013/10/05

安老师今年的原创十分高产啊。。

0

阿宝

第5楼2013/10/06

其实对于流动相的传质阻力项影响较大的因素应该是流动相的粘度柱子内径也是一方面
图解的很清楚比较容易理解

0

安平

第6楼2013/10/06

应助达人

主要是解释Cm项，为什么流速增大到一定程度，基本不增加。

0

安平

第7楼2013/10/06

应助达人

是否也可以解释，为什么在范德蒙特曲线高流速段，氮气的hetp增加比氢气和氦气要快许多？

0

阿宝

第8楼2013/10/07

如果加一个其它条件一样氢气氦气氮气分别做载气时的柱效对比更能说明载气粘度对传质阻力的贡献了

0

安平

第9楼2013/10/07

应助达人

不同载气的曲线图。

0

wazcq

第10楼2013/10/08

应助达人

看图，固定相传质阻力是不是容易导致峰拖尾？

0

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