色譜法基本原理

1. 渦流擴散項 A
在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移時，流動相由於受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似渦流的流動，故稱渦流擴散。
由於填充物顆粒大小的不同及填充物的不均勻性，使組分在色譜
柱中路徑長短不一，因而同時進色譜柱的相同組分到達柱口時間並
不一致，引起了色譜峰的變寬。色譜峰變寬的程度由下式決定：
A = 2λdp
上式表明，A與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規則因子λ有關，與流動相的性質、線速度和組分性質無關。為了減少渦流擴散，提高柱效，使用細而均勻的顆粒，並且填充均勻是十分必要的。對於空心毛細管，不存在渦流擴散。因此 A = 0。
2. 分子擴散項 B / u （縱向擴散項）
縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構型呈“塞子”狀。它隨著流動相向前推進，由於存在濃度梯度，“塞子”必然自發的向前和向後擴散，造成譜帶展寬。分子擴散項係數為 B = 2γ Dg
γ是填充柱內流動相擴散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子，它反映了固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴散的阻礙情況。
Dg為組分在流動相中擴散係數（cm3•s-1）,分子擴散項與組分在流動相中擴散係數Dg成正比.
Dg與流動相及組分性質有關：
(a) 相對分子質量大的組分Dg小，Dg反比於流動相相對分子質量的平方根，所以採用相對分子質量較大的流動相，可使B項降低；
(b) Dg隨柱溫增高而增加，但反比於柱壓。
另外縱向擴散與組分在色譜柱內停留時間有關，流動相流速小，組分停留時間長，縱向擴散就大。因此為降低縱向擴散影響，要加大流動相速度。對於液相色譜，組分在流動相中縱向擴散可以忽略。
3. 傳質阻力項 Cu
由於氣相色譜以氣體為流動相，液相色譜以液體為流動相，它們的傳質過程不完全相同。
（1）氣液色譜
傳質阻力係數C包括氣相傳質阻力係數Cg和液相傳質阻力係數C1兩項，即
C = Cg+ C1
氣相傳質過程是指試樣組分從氣相移動到固定相表面的過程。這一過程中試樣組分將在兩相間進行質量交換，即進行濃度分配。有的分子還來不及進入兩相界面，
就被氣相帶走；有的則進入兩相界面又來不及返回氣相。這樣使得試樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡，引起滯後現象，從而使色譜峰變寬。對於填充柱，氣相傳質阻力係數Cg為：
Cg= 0.01k2 / (1 + k)2 • dp / Dg
式中k為容量因子。由上式看出，氣相傳質阻力與填充物粒度dp的平方成正比，與組分在載氣流中的擴散係數Dg成反比。因此，採用粒度小的填充物和相對分子質量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使Cg減小，提高柱效。
液相傳質過程是指試樣組分從固定相的氣/液界面移動到液相內部，並發生質量交換，達到分配平衡，然後又返回氣/液界面的傳質過程。這個過程也需要一定的時間，此時，氣相中組分的其它分子仍隨載氣不斷向柱口運動，於是造成峰形擴張。液相傳質阻力係數 C1為：
C1 = 2 / 3 • k / (1 + k)2 • df2 / Dl
由上式看出，固定相的液膜厚度df薄，組分在液相的擴散係數D1大，則液相傳質阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k值隨之變小，又會使C1增大。當固定液含量一定時，液膜厚度隨載體的比表面積增加而降低，因此，一般採用比表面積較大的載體來降低液膜厚度。但比表面太大，由於吸附造成拖尾峰，也不利於分離。雖然提高柱溫可增大D1，但會使k值減小，為了保持適當的C1值，應控制適宜的柱溫。
(2) 液液分配色譜
傳質阻力係數（C）包含流動相傳質阻力係數（Cm）和固定相傳質阻力係數（Cs），即
C = Cm + Cs
其中Cm又包含流動的流動相中的傳質阻力和滯留的流動相中的傳質阻力，即：
Cm = wmdp2 / Dm + wsmdp2 / Dm
式中右邊第一項為流動的流動相中的傳質阻力。當流動相流過色譜柱內的填充物時，靠近填充物顆粒的流動相流速比在流路中間的稍慢一些，故柱內流動相的流速是不均勻的。
這種傳質阻力對板高的影響與固定相粒度dp 的平方成正比，與試樣分子在流動相中的擴散係數Dm成反比，ωm是由柱和填充的性質決定的因子。 右邊第二項為滯留的流動相中的傳質阻力。這是由於固定相的多孔性，會造成某部分流動相滯留在一個局部，滯留在固定相微孔內的流動相一般是停滯不動的流動相中的試樣分子要與固定相進行質量交換，必須首先擴散到滯留區。如果固定相的微孔既小又深，傳質速率就慢，對峰的擴展影響就大（如教材P.302圖15.6所示）。式中ωm是一常數，它與顆粒微孔中被流動相所占據部分的分數及容量因子有關。顯然，固定相的粒度愈小，微孔孔徑愈大，傳質速率就愈快，柱效就高。對高效液相色譜固定相的設計就是基於這一考慮。
液液色譜中固定相傳質阻力係數（Cs）可用下式表示：
Cs= wsdf2 / Ds
公式說明試樣分子從流動相進入固定液內進行質量交換的傳質過程與液膜厚度df平方成正比，與試樣分子在固定液的擴散係數Ds成反比。式中ωs是與容量因子k有關的係數。
氣相色譜速率方程和液相色譜速率方程的形式基本一致，主要區別在液液色譜中縱向擴散項可忽略不計,影響柱效的主要因素是傳質阻力項。
4. 流動相線速度對板高的影響
（1）LC和GC的H-u圖
根據van Deemter公式作LC和GC的H-u圖，LC和GC的H-u圖十分相似，對應某一流速都有一個板高的極小值，這個極小值就是柱效最高點；LC板高極小值比GC的極小值小一個數量級以上，說明液相色譜的柱效比氣相色譜高得多；LC的板高最低點相應流速比起GC的流速亦小一個數量級，說明對於LC，為了取得良好的柱效，流速不一定要很高。
(2) 分子擴散項和傳質阻力項對板高的貢獻
較低線速時，分子擴散項起主要作用；較高 線速時，傳質阻力項起主要作用；其中流動相傳質阻力項對板高的貢獻幾乎是一個定值。在高線速度時，固定相傳質阻力項成為影響板高的主要因素，隨著速度增高，板高值越來越大，柱效急劇下降。
5. 固定相粒度大小對板高的影響
粒度越細，板高越小，並且受線速度影響亦小。
這就是為什麼在HPLC中採用細顆粒作固定相的根據。當然，固定相顆粒愈細，柱流速愈慢。只有採取高壓技術，流動相流速才能符合實驗要求。