氣相色譜分離理論一氣固及氣液色譜分離原理二塔板

1、5.2 氣相色譜分離理論一、氣固及氣液色譜分離原理二、塔板理論及柱效能指標(biāo)三、速率理論四、色譜柱的總分離效能指標(biāo)分離度一、氣固及氣液色譜分離原理1.氣固色譜分離原理 氣固色譜是以氣體作為流動(dòng)相，以固體吸附劑作為固定相的色譜分析方法。 混合組分吸附脫附吸附吸附劑載氣吸附劑載氣脫附經(jīng)反復(fù)多次分配組分實(shí)現(xiàn)分離氣-固色譜的分離原理： 基于不同的組分在固體吸附劑上吸附能力的差別實(shí)現(xiàn)組分的分離。2.氣液色譜分離原理 氣液色譜是以氣體作為流動(dòng)相，以固定液作為固定相的色譜分析方法。 混合組分固定液溶解載氣揮發(fā)溶解固定液揮發(fā)載氣經(jīng)反復(fù)多次分配組分實(shí)現(xiàn)分離氣液色譜的分離原理： 基于不同的組分在固定液中溶解度的差異

2、實(shí)現(xiàn)組分的分離。二、塔板理論及柱效能指標(biāo) 1.塔板理論 1952年，Martin等人提出的塔板理論將一根色譜柱當(dāng)作一個(gè)由許多塔板組成的精餾塔，用塔板概念來描述組分在柱中的分配行為。 塔板是從精餾中借用的，是一種半經(jīng)驗(yàn)理論。 塔板理論假定：色譜柱內(nèi)存在許多塔板，塔板之間是不連續(xù)；組分在各塔板內(nèi)兩相間的分配瞬間達(dá)到平衡，達(dá)到一次平衡所需柱長為理論塔板高度H ；各組分經(jīng)過反復(fù)多次的分配平衡之后，達(dá)到分離的目的；通過計(jì)算理論塔板數(shù)和理論塔板高度來評(píng)價(jià)色譜柱的柱效能。 在塔板理論中，組分在柱內(nèi)每達(dá)成一次分配平衡所需要的柱長，稱為理論塔板高度，用H表示。 在一定長度的色譜柱內(nèi)，組分在兩相之間分配達(dá)到平衡的

3、總次數(shù)稱為理論塔板數(shù)，用n表示。 當(dāng)柱長為L時(shí)， H與n的關(guān)系為：色譜柱的理論塔板數(shù)n的計(jì)算公式為： 式中，tR保留時(shí)間； W1/2半峰寬； Wb峰底寬度。注意：計(jì)算時(shí)， tR 、W1/2 、 Wb的單位應(yīng)一致。2.柱效能指標(biāo) 在實(shí)際測(cè)定中，有時(shí)理論塔板數(shù)n和理論塔板高度h不能真實(shí)地反映色譜柱的分離效能，因此提出了以有效塔板數(shù)和有效塔板高度作為色譜柱的柱效能指標(biāo)。應(yīng)注意： 同一色譜柱對(duì)不同組分的柱效能是不一樣的，因此在用n有效、 H有效表示柱效能時(shí)，除應(yīng)說明色譜條件外，還應(yīng)指出是對(duì)什么組分而言的。 n有效與n的關(guān)系為：三、速率理論 1956年荷蘭學(xué)者van Deemter（范第姆特）等在研究氣

4、液色譜時(shí)，提出了色譜過程動(dòng)力學(xué)理論速率理論。 速率理論仍把色譜柱比作精餾塔，認(rèn)為理論塔板高度H愈小，柱效能愈高，并以范第姆特方程的形式表述出來。渦流擴(kuò)散項(xiàng)（A項(xiàng)） 在填充色譜柱中，當(dāng)組分隨流動(dòng)相向柱出口遷移時(shí)，流動(dòng)相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動(dòng)方向，使組分分子在前進(jìn)中形成紊亂的類似渦流的流動(dòng)，引起了色譜峰的變寬，故稱渦流擴(kuò)散。 A = 2dp 分子擴(kuò)散項(xiàng)（ B/ 項(xiàng)） 分子擴(kuò)散是指當(dāng)組分分子隨載氣進(jìn)入色譜柱后，由于柱內(nèi)存在著縱向濃度梯度，時(shí)組分分子沿色譜柱軸向擴(kuò)散（即沿載氣流動(dòng)方向由高濃度端向低濃度端擴(kuò)散）而引起譜帶擴(kuò)展的現(xiàn)象。 由上式可知，影響分子擴(kuò)散項(xiàng)的因素包括：（1）載氣流速。（

5、2）色譜柱的形式。（3）載氣性質(zhì)。（4）柱溫、柱壓。 氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)是指組分分子從氣相移動(dòng)到固定液表面，以便在氣液兩相間進(jìn)行質(zhì)量傳遞時(shí)所受到的阻力。氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)（Cg 項(xiàng)） 由上式可知，影響氣相傳質(zhì)阻力項(xiàng)的因素包括：（1）載氣流速。（2）填充物的粒度。（3）載氣性質(zhì)。（4）柱溫、柱壓。液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)（Cl 項(xiàng)） 液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)是指組分分子從氣液界面擴(kuò)散到固定液內(nèi)部進(jìn)行質(zhì)量傳遞并達(dá)到平衡，然后返回氣液界面的過程中所受到的阻力。 由上式可知，影響液相傳質(zhì)阻力項(xiàng)的因素包括：（1）載氣流速。（2）液膜厚度。（3） Dl 。（4）柱溫、柱壓。四、色譜柱的總分離效能指標(biāo)分離度1.分離度 相鄰兩組分保留時(shí)間之差與兩組分峰底寬度之和一半的比值。應(yīng)注意：計(jì)算R 時(shí)，保留時(shí)間和峰底寬度應(yīng)采用相同的時(shí)間單位或長度單位。 分離度R 既反映了峰間距的大小，又反映了峰的寬窄，它全面衡量了色譜柱對(duì)難分離物質(zhì)對(duì)的分離效能，故把分離度叫做色譜柱的總分離效能指標(biāo)。 一般，當(dāng)R 1時(shí)，表明相鄰兩峰有部分重疊，R =1時(shí)，分離程度可達(dá)98%，當(dāng)R=1.5