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1、塔板理论,色谱基本理论塔板理论,气相色谱法是一种分离技术，组分先分离才可定性定量。 如何选择最佳分离条件，这需要色谱理论的指导。,2019/8/8,3,3,塔板理论,塔板理论最早由Martin等人在1952年提出, 是色谱学的基础理论。塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。,2019/8/8,4,塔板理论假设：,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.以气相色谱为例，载气进入色谱柱不是连
2、续进行的，而是脉动式，每次进气为一个塔板体积（Vm）。 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。,2019/8/8,5,5,简单地认为：在每一块塔板上，溶质在两相间很快达到分配平衡，然后随着流动相按一个一个塔板的方式向前移动。对于一根长为L的色谱柱，溶质平衡的次数应为： n = L / H（n称为理论塔板数）。与精馏塔一样，色谱柱的柱效随理论塔板数n的增加而增加，随板高H的增大而减小。,色谱流出曲线方程,假设色谱柱由5块塔板组成： (0号板,1号,2号,4号板) 令N=5(N表示进入柱中载气的脉冲次数)
3、 令组分进样量为：W=1 组分在柱内的分配过程是以气液色谱分配为例,组分在气液两相中进行分配 表示进入气相的组分分子 表示进入液相的组分分子 此时若组分分配比k=1,组分在n=5,k=1,w=1柱内任一板上分配表,得出色谱流出曲线方程:,V=VR时流出曲线达浓度极大值Cmax,WR表示组分进样量； n表示塔板数目； VR表示保留体积；V为任意时刻t对应的体积；c为任意时刻t对应的浓度。（可将式中V改为对应的时间t）,2019/8/8,11,当溶质在柱中的平衡次数，即理论塔板数n大于50时，可得到基本对称的峰形曲线。在色谱柱中，n值一般很大，如气相色谱柱的n约为103 -106 ，因而这时的流出
4、曲线可趋近于正态分布曲线。 当样品进入色谱柱后，只要各组分在两相间的分配系数有微小差异，经过反复多次的分配平衡后，仍可获得良好的分离效果。,2019/8/8,12,n与半峰宽及峰底宽的关系式为： 式中tR 与Y1/2 ( Y )应采用同一单位（时间或距离）。 从公式可以看出，在tR 一定时，如果色谱峰很窄，则说明n越大，H越小，柱效能越高。,有效塔板数和有效塔板高度,单位柱长的塔板数越多，表明柱效越高。 用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。 组分在tM时间内不参与柱内分配。需引入有 效塔板数和有效塔板高度：,2019/8/8,14,1.在色谱柱不变的情况下，即理论塔板数n和长度L都不变的情况
5、下，色谱峰宽度与保留时间t成正比。因此出峰越晚，峰宽越大。,塔板理论的运用,2.理论塔板高度H不变的情况下，分离度R与柱长的平方根成正比。,4.在理论塔板数n不变的情况下，峰高与保留体积(时间)t成反比。或者说：同一次分析中，同样浓度的不同组分，出峰越晚峰高越小。,3.在同样长度的不同色谱柱上，柱效率n越高，色谱峰越尖锐。,塔板理论意义,（1）塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程 （2）导出流出曲线的数学模型 （3）解释了流出曲线形状和位置 （4）提出了计算和评价柱效的参数（n或H）,塔板理论的不足,（1）纵向扩散是不能忽略的 （2）分配系数与浓度无关只在有限的浓度范围里成立 （3）色谱体系几乎没有真正的平衡状态 （4）柱效不能表示被分离组分的实际分离的效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离 （5） 塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的 载气流速下柱 效不同的实验结果，也无 法指出影响柱效的因素及提高柱效的途径,