分離科學色譜基礎理論

1、分離科學色譜基礎理論第1頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一色譜學基本概念和術語： 色譜的流出曲線 基線色譜峰峰高區(qū)域寬度峰面積保留值相對保留值 柱效分離度第2頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一兩個基本特點： (1)不同組分分子差速遷移 熱力學 (2)同種組分分子分布離散 動力學第3頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一色譜過程熱力學基礎 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-化學勢(偏摩爾自由能) 平衡狀態(tài)-化學勢相等第4頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一色譜體系中溶質量很小，一般做稀溶液處

2、理：第5頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一分配系數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第6頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一影響分配系數的因素: (1)溶質 (2)固定相 (3)流動相 (4)溫度 T一定、K為常數?分配等溫線第7頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一三種分配等溫線及其相應色譜峰形 第8頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一色譜過程動力學理論基礎色譜流出曲線的形狀色譜區(qū)域寬度擴張峰形拖尾高效能色譜柱系統(tǒng)峰形預測重疊峰定量解析選擇最佳分離方法解

3、釋實現(xiàn)第9頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一圖1.4 四種色譜類型的流出曲線（1）線性理想色譜。溶質的遷移決定于分配系數，遷移過程中譜帶形狀不變（2）非線性理想色譜。譜帶不對稱，呈鮮明的前升或者拖尾第10頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一圖1.4 四種色譜類型的流出曲線（3）線性非理想色譜。由于線性分布，但存在分子擴散和傳質阻力等，溶質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第11頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一圖1.4 四種色譜類型的流出曲線（4）非線性非理想色譜。這類色譜過程數學處理非常

4、復雜，做適當假設和簡化后可以部分說明實驗數據。 第12頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一色譜動力學理論發(fā)展： 根據溶質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，van Deemter等）第13頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一平衡色譜理論 基本假設：不考慮傳質速率的有限性和物質的擴散對平衡過程的影響。dxc+dcc(c+dc)puqdt=pqdxcpuqdtMobile phaseStationary ph

5、aseq=(1-p)qdx第14頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一 色譜柱內某一小段dx處，其柱截面積為q，p為柱管橫截面上流動相占的分數。則進入dx內的物質量為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出來的物質量為puq(c+dc)dt。小段在相應時間內物質的變化量為同理，小段固定相內物質的變化量為第15頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一 進入dx小段內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（包括流動相和固定相兩部分）相應時間內該組分變化的總量，即：第16頁，共34頁，2022年，5月20日，

6、11點1分，星期一設物質在兩相間的分配方程為：第17頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一可以得到區(qū)域中心移動速度 的關系式： 保留時間等于柱長除以譜帶移動速度，即 第18頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一k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。第19頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一塔板理論（1）平衡能夠在一個小段色譜柱（理論塔板）內形成，相應的色譜柱長稱為理論塔板高度（H）。K為分配系數。（2）H為常數，色譜柱內塔板數目為n=L/H。（3）流動相不可以被壓縮。（4）塔

7、板編號依次為0，1，2，3，n，總塔板數為n+1，實際上n很大，所以總塔板數約等于n。第20頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一（5）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q和 p分別是柱的橫截面積和在柱橫截面積中流動相所占據的截面積分數，那么一個塔板上流動相所占據的空間體積為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每個塔板上跳動的次數為r=V/Hqp。（6）全部樣品開始都集中在第一塊塔板上。（7）分配系數不隨組分濃度變化，即分配等溫線是線性的。 第21頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一基本關系式 在塔板上，某一個分

8、子出現(xiàn)在流動相中的概率Pm： 第22頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一經過r次跳躍后，各塔板上溶質的分布可以用二項展開式來描述。根據上面的式子可知，經過r次跳躍后在第n塊塔板上出現(xiàn)的概率P(r,n)（rn）為：第23頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一如果進樣量為m，那么第n號塔板上物質出現(xiàn)的量為： 塔板理論的保留值 （1-27） 第24頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一第25頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一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)分布函數來表示： 所以 第26頁，

9、共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一r足夠大時，進入檢測器的溶質濃度為： 第27頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一當V=VR時，流出濃度最大： 影響色譜峰高的因素有：(1) 進樣量m-進樣量和色譜峰高成正比；(2) 塔板高度H-H小，柱效率高，Cmax/m大；(3) 色譜柱越細，q越小，填充越緊密，p越小， Cmax/m越大。在其他參數不變時， Cmax正比于m/q，因此單位體積柱管進樣量大小是衡量柱管負載的指標；(4) 色譜柱越短（L越小）， Cmax/m越大；(5) k大的組分Cmax/m小（假定H對所以組分相同）。 第28頁，共34頁，2022年，5

10、月20日，11點1分，星期一色譜峰區(qū)域寬度與溶質的保留值成正比。死體積與色譜柱的結構有關，色譜柱內徑大，填充疏松，死體積大，色譜峰區(qū)域寬度大。色譜峰區(qū)域寬度與柱長的平方根成正比。色譜峰區(qū)域寬度與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)域寬度越小。 第29頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一（1）不能解釋不同流動相流速下同一溶質將給出不同的理論塔板數。（2）沒有闡明理論塔板數和塔板高度的色譜含義和實質。（3）沒有深入討論影響塔板高度的因素，因而對色譜體系的設計、色譜操作條件的選擇的指導意義十分有限。 第30頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一速率理論 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 2-溶質在色譜柱內離散的度量，與柱長成正比： 第31頁，共34頁，2022年，5月20日，11點1分，星期一 色譜過程總的色譜區(qū)帶擴張等于各個獨立因素引起色譜區(qū)帶擴張的和，