液相色谱梯度洗脱中的谱带压缩效应

郝卫强, 刘丽娟, 沈巧银

(1. 常州工程职业技术学院, 江苏 常州 213164; 2. 南京大学常州高新技术研究院, 江苏 常州 213164)

等度洗脱和梯度洗脱是液相色谱的两种基本操作模式。在等度洗脱中,实验参数如流动相组成(即强洗脱溶剂在流动相中的体积分数,φ)等为一常数。在梯度洗脱中,φ则会随时间(t)的改变而发生变化。与等度洗脱相比,梯度洗脱有助于缩短分析时间,减少色谱峰的宽度,在实践中有着广泛应用[1,2]。然而溶质的保留因子(k)以及传质系数,如溶质沿色谱柱轴向的扩散系数(D)以及在固定相和流动相之间的吸附动力学系数(kf)等,也会随着φ的改变而发生变化。在色谱理论中,色谱过程所涉及的对流、扩散、吸附等可通过由偏微分方程组构成的色谱模型进行描述[3,4]。物理参数k、D、kf等往往出现在偏微分方程的系数之中。对于等度洗脱,这些参数为常数,因此等度洗脱所对应的色谱模型为常系数偏微分方程组。然而对于梯度洗脱,k、D、kf则会随着φ的改变而发生变化,因此其所对应的色谱模型为变系数偏微分方程组,这就增加了数学分析的难度。

“谱带压缩效应”是梯度洗脱的重要特征。在梯度洗脱中,沿着流速方向,谱带后沿所处的流动相洗脱强度将高于前沿。因此,位于谱带后沿的溶质的迁移速率快于前沿,进而导致谱带压缩。在色谱中,溶质的迁移速率等于u/(1+k),其中u为流动相的线性流速[3]。因此,谱带压缩的程度与k在谱带区间的分布相关。对于等度洗脱,k为常数,因此谱带压缩效应在等度洗脱中并不存在。……