【氣相色譜特輯二】塔板理論

在氣相色譜分析中，樣品中的不同組分在氣液色譜固定相上的分離是依據不同組分在固定液上分配系數K_p的差別。

在氣固色譜中，樣品中不同組分的分離是依據其在固體吸附劑上吸附系數K_A的差別。

K_p或K_A表達了被分離組分達到分配平衡或吸附平衡時，其在固定相和流動相的分布情況。樣品組分在色譜柱中進行分離后，由記錄儀記錄每個色譜峰的流出時間和形狀以及相鄰峰間的距離，這些反映了在柱中進行的熱力學平衡過程和各種動力學因素的綜合影響。

為了闡述色譜峰形的變化及影響色譜峰形擴張的各種因素，下面簡單介紹氣液色譜中的塔板理論和速率理論，以及選擇氣相色譜操作條件的依據。

一、塔板理論

塔板理論是由熱力學的氣、液相平衡來研究色譜峰形的變化，由樣品組分在氣、液兩相分配系數的差別，解釋了不同組分在色譜柱中獲得分離的原因。為了闡述樣品在色譜柱中分離效率的高低，沿用了在化學工程中描述精餾塔分離效率的塔板概念。提出了用高斯分布曲線方程式來描述色譜峰的峰形，提出了計算理論塔板數和理論塔板高度的方法。至今這種描述色譜柱效率的方法已得到普遍的應用。

在塔板理論中，色譜峰的流出曲線方程式可表示為：

式中c—樣品在柱中流出的載氣體積為V時的濃度;

n—色譜柱的理論塔板數;

W—進樣總量;

V_R—樣品的保留體積(V_R=t_rF₀, t_r為保留時間，F₀為載氣流速)。

當V=V_R時，可導出色譜峰流出濃度的極大值;

由此式可看出，當進樣量W和色譜柱的理論塔板數n一定時，保留體積V_R值小的組分(即先從柱中流出的分配系數小的組分)，其色譜峰形高而窄，V_R大的組分(即后從柱中流出的分配系數大的組分)，其色譜峰形矮而寬。

由塔板理論可導出計算理論塔板數n的公式：

式中，t_R為組分的保留時間;W_h/2為半峰高處的峰寬;W_b為基線寬度。

當已知色譜柱長L時，可計算每塊理論塔板的高度H:

當以調整保留時間t'_R代替t_R時，用上述公式可計算出有效理論塔板數N_eff和有效理論塔板高度H_eff：