分離科學-色譜基礎(chǔ)理論課件

色譜基本理論1定義：基于物質(zhì)溶解度、蒸汽壓、吸附能力、立體化學或者離子交換等物理化學性質(zhì)的微小差異，使其在流動相和固定相之間的分配系數(shù)不同。當兩相做相對運動時，被分離物質(zhì)在兩相之間進行反復多次分配，這樣原來微小的分配差異產(chǎn)生了很大的效果，使各組分分離，從而達到分離、分析以及測定一些物理化學常數(shù)的目的。色譜學基本概念和術(shù)語：色譜的流出曲線基線色譜峰峰高區(qū)域?qū)挾确迕娣e保留值相對保留值柱效分離度2兩個基本特點：不同組分分子差速遷移熱力學同種組分分子分布離散動力學3色譜過程熱力學基礎(chǔ)兩相分配差異造成差速遷移自發(fā)過程----自由能減少判斷依據(jù)----化學勢(偏摩爾自由能)平衡狀態(tài)----化學勢相等4色譜體系中溶質(zhì)量很小，一般做稀溶液處理：5分配系數(shù)K（1-5）（1-6）相互作用力差別（焓變）自由度的變化（熵變）官能基團分子大小和空間排列6影響分配系數(shù)的因素:溶質(zhì)固定相流動相溫度T一定、K為常數(shù)?分配等溫線7三種分配等溫線及其相應色譜峰形8色譜過程動力學理論基礎(chǔ)色譜流出曲線的形狀色譜區(qū)域?qū)挾葦U張解釋峰形拖尾高效能色譜柱系統(tǒng)峰形預測實現(xiàn)重疊峰定量解析選擇最佳分離方法9（1）線性理想色譜。溶質(zhì)的遷移決定于分配系數(shù)，遷移過程中譜帶形狀不變10圖1.4

四種色譜類型的流出曲線（2）非線性理想色譜。譜帶不對稱，呈鮮明的前升或者拖尾（3）線性非理想色譜。由于線性分布，但存在分子擴散和傳質(zhì)阻力等，溶質(zhì)通過色譜柱后譜帶對稱展寬，呈Gaussian曲線。大部分色譜過程屬于這種類型11圖1.4

四種色譜類型的流出曲線（4）非線性非理想色譜。這類色譜過程數(shù)學處理非常復雜，做適當假設(shè)和簡化后可以部分說明實驗數(shù)據(jù)。12圖1.4

四種色譜類型的流出曲線色譜動力學理論發(fā)展：根據(jù)溶質(zhì)遷移過程及各種影響因素，列出偏微分方程組，求出描述色譜譜帶運動的方程式。平衡色譜理論（1940年Wilson）塔板理論（1941年，Martin和Synge）速率理論（50年代，vanDeemter等）13平衡色譜理論基本假設(shè)：不考慮傳質(zhì)速率的有限性和物質(zhì)的擴散對平衡過程的影響。dxqccpuqdtc+dc

=pqdxMobile

phase(c+dc)puqdt

=(1-p)qdxStationary

phase14色譜柱內(nèi)某一小段dx處，其柱截面積為q，p為柱管橫截面上流動相占的分數(shù)。則進入dx內(nèi)的物質(zhì)量為cpuqdt。由于固定相對組分的吸收，流動相中組分的濃度變?yōu)閏+dc。自小段dx出來的物質(zhì)量為

puq(c+dc)dt。小段在相應時間內(nèi)物質(zhì)的變化量為同理，小段固定相內(nèi)物質(zhì)的變化量為15進入dx小段內(nèi)流動相中組分的量和從小段中出來的組分量之差，等于小段內(nèi)（包括流動相和固定相兩部分）相應時間內(nèi)該組分變化的總量，即：16設(shè)物質(zhì)在兩相間的分配方程為：17可以得到區(qū)域中心移動速度的關(guān)系式：保留時間等于柱長除以譜帶移動速度，即18k’定義為容量因子

為流動相所占體積與固定相所占體積之比，稱為相比。局限性在于沒能解釋色譜峰展寬的現(xiàn)象。19塔板理論20平衡能夠在一個小段色譜柱（理論塔板）內(nèi)形成，相應的色譜柱長稱為理論塔板高度（H）。K為分配系數(shù)。H為常數(shù)，色譜柱內(nèi)塔板數(shù)目為n=L/H。流動相不可以被壓縮。塔板編號依次為0，1，2，3，

n，總塔板數(shù)為n+1，實際上n很大，所以總塔板數(shù)約等于n。假定流動相不是采取連續(xù)的方式前進，而是跳躍式前進。設(shè)

q

和

p 分別是柱的橫截面積和在橫截面積中流動相所占據(jù)的截面積分數(shù)，那么一個塔板上流動相所占據(jù)的空間體積為Hqp。當通過色譜柱的流動相體積為V時，相當于流動相在整個柱內(nèi)每個塔板上跳動的次數(shù)為r=V/Hqp。全部樣品開始都集中在第一塊塔板上。分配系數(shù)不隨組分濃度變化，即分配等溫線是線性的。21基本關(guān)系式在塔板上，某一個分子出現(xiàn)在流動相中的概率Pm：22經(jīng)過r次跳躍后，各塔板上溶質(zhì)的分布可以用二項展開式來描述。根據(jù)上面的式子可知，經(jīng)過r次跳躍后在第n塊塔板上出現(xiàn)的概率P(r,n)（r

n）為：23塔如果板進理樣論量為的m保，那留么值第n號塔板上物質(zhì)出現(xiàn)的量為：（1-27）2425塔板理論的色譜流出曲線方程當二項式分布的n，r很大時，可以用正態(tài)分布函數(shù)來表示：所以26r足夠大時，進入檢測器的溶質(zhì)濃度為：27當V=VR時，流出濃度最大：28影響色譜峰高的因素有：進樣量m----進樣量和色譜峰高成正比；塔板高度H----H小，柱效率高，Cmax/m大；C

/m 越大。在其他參數(shù)不變時，

Cmax

max(3) 色譜柱越細，

q 越小，填充越緊密，

p

越正比因此單位體積柱管進樣量大小是衡量柱管負載的指標；色譜柱越短（L越?。?/p>

Cmax/m越大；k’大的組分Cmax/m小（假定H對所以組分相同）。

色譜峰區(qū)域?qū)挾扰c溶質(zhì)的保留值成正比。

死體積與色譜柱的結(jié)構(gòu)有關(guān)，色譜柱內(nèi)徑大，填充疏松，死體積大，色譜峰區(qū)域?qū)挾却蟆?/p>

色譜峰區(qū)域?qū)挾扰c柱長的平方根成正比。

色譜峰區(qū)域?qū)挾扰c塔板高度的平方根成正比，即色譜柱柱效越高，H越小，色譜峰區(qū)域?qū)挾仍叫　?9不能解釋不同流動相流速下同一溶質(zhì)將給出不同的理論塔板數(shù)。沒有闡明理論塔板數(shù)和塔板高度的色譜含義和實質(zhì)。沒有深入討論影響塔板高度的因素，因而對色譜體系的設(shè)計、色譜操作條件的選擇的指導意義十分有限。30速率理論運用流體分子規(guī)律研究色譜分離這種

“非平衡”過程。隨機過程總是導致Gaussian分布σ

2

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