【气相色谱特辑二】塔板理论

在气相色谱分析中，样品中的不同组分在气液色谱固定相上的分离是依据不同组分在固定液上分配系数K_p的差别。

在气固色谱中，样品中不同组分的分离是依据其在固体吸附剂上吸附系数K_A的差别。

K_p或K_A表达了被分离组分达到分配平衡或吸附平衡时，其在固定相和流动相的分布情况。样品组分在色谱柱中进行分离后，由记录仪记录每个色谱峰的流出时间和形状以及相邻峰间的距离，这些反映了在柱中进行的热力学平衡过程和各种动力学因素的综合影响。

为了阐述色谱峰形的变化及影响色谱峰形扩张的各种因素，下面简单介绍气液色谱中的塔板理论和速率理论，以及选择气相色谱操作条件的依据。

一、塔板理论

塔板理论是由热力学的气、液相平衡来研究色谱峰形的变化，由样品组分在气、液两相分配系数的差别，解释了不同组分在色谱柱中获得分离的原因。为了阐述样品在色谱柱中分离效率的高低，沿用了在化学工程中描述精馏塔分离效率的塔板概念。提出了用高斯分布曲线方程式来描述色谱峰的峰形，提出了计算理论塔板数和理论塔板高度的方法。至今这种描述色谱柱效率的方法已得到普遍的应用。

在塔板理论中，色谱峰的流出曲线方程式可表示为：

式中c—样品在柱中流出的载气体积为V时的浓度;

n—色谱柱的理论塔板数;

W—进样总量;

V_R—样品的保留体积(V_R=t_rF₀, t_r为保留时间，F₀为载气流速)。

当V=V_R时，可导出色谱峰流出浓度的极大值;

由此式可看出，当进样量W和色谱柱的理论塔板数n一定时，保留体积V_R值小的组分(即先从柱中流出的分配系数小的组分)，其色谱峰形高而窄，V_R大的组分(即后从柱中流出的分配系数大的组分)，其色谱峰形矮而宽。

由塔板理论可导出计算理论塔板数n的公式：

式中，t_R为组分的保留时间;W_h/2为半峰高处的峰宽;W_b为基线宽度。

当已知色谱柱长L时，可计算每块理论塔板的高度H:

当以调整保留时间t'_R代替t_R时，用上述公式可计算出有效理论塔板数N_eff和有效理论塔板高度H_eff：