第十三章色譜法基礎(chǔ)Anintroductiontochromatography

1、chromatogram analytical method generality 第7章 色譜分析法概論 7.1 概述 7.2 色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.3 色譜分離的基本理論 7.4 基本類(lèi)型色譜法的分離機(jī)制 7.5 色譜法的發(fā)展趨勢(shì) 7.1概述 7.1.1色譜法的起源和發(fā)展 1906年，俄國(guó)植物學(xué)家 M.Tswett 發(fā)表了他的 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：為了分離植物色素，他將含有植 物色素的石油醚提取液倒入裝有碳酸鈣粉末 的玻璃管中，并用石油醚自上而下淋洗，由 于不同的色素在碳酸鈣顆粒表面的吸附力不 同，隨著淋洗的進(jìn)行，不同色素向下移動(dòng)的 速度不同，從而形成一圈圈不同顏色的色帶， 使各色素成分得到了分離。他

2、將這種分離方 法命名為色譜色譜法(chromatography)。在此后的 20多年里，幾乎無(wú)人問(wèn)津這一技術(shù)。到了 1931年，Kuhn 等用同樣的方法成功地分離了 胡蘿卜素和葉黃素，從此色譜法開(kāi)始為人們 所重視，相繼出現(xiàn)了各種色譜方法。 俄國(guó)植物學(xué)家 茨維特 7.1概述 7.1.1色譜法的起源和發(fā)展 Tswett植物色素分離實(shí) 驗(yàn)圖示： l樣 品：植物色素 l固定相：CaCO3顆粒 l流動(dòng)相：石油醚 流動(dòng)相 石油醚 混合色素 葉綠素 葉黃素 胡蘿卜素 分離組分 色譜柱 固定相 碳酸鈣 表7-1 色譜法的發(fā)展簡(jiǎn)史 年代發(fā)明者發(fā)明的色譜方法或重要應(yīng)用 1906Tswett用碳酸鈣作吸附劑分離植物

3、色素。最先提出色譜概念。 1931Kuhn, Lederer用氧化鋁和碳酸鈣分離-,-,-胡蘿卜素。色譜法受重視。 1938 Izmailov, Shraiber最先使用薄層色譜法。 Taylor, Uray用離子交換色譜法分離了鋰和鉀的同位素。 1941Martin, Synge提出色譜塔板理論；發(fā)明液-液分配色譜；預(yù)言了氣相色譜。 1944Consden等等發(fā)明了紙色譜。 1949Macllean在氧化鋁中加入淀粉黏合劑制作薄層板使薄層色譜進(jìn)入實(shí)用階段 1952Martin, James從理論和實(shí)踐方面完善了氣-液分配色譜法。(1952諾貝爾獎(jiǎng)) 1956Van Deemter等等提出色譜

4、速率理論，并應(yīng)用于氣相色譜。 1957基于離子交換色譜的氨基酸分析專(zhuān)用儀器問(wèn)世。 1958Golay發(fā)明毛細(xì)管柱氣相色譜。 1959Porath, Flodin發(fā)表凝膠過(guò)濾色譜的報(bào)告。 1964Moore發(fā)明凝膠滲透色譜。 1965Giddings發(fā)展了色譜理論，為色譜學(xué)的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。 1975Small 發(fā)明了以離子交換劑為固定相、強(qiáng)電解質(zhì)為流動(dòng)相，采用抑制型 電導(dǎo)檢測(cè)的新型離子色譜法。 1981Jorgenson等等創(chuàng)立了毛細(xì)管電泳法。 表7-2 色譜法起過(guò)關(guān)鍵作用的諾貝爾獎(jiǎng)研究工作 年代獲獎(jiǎng)學(xué)科獲獎(jiǎng)研究工作 1937化學(xué)胡蘿卜素化學(xué)，維生素A和B 1938化學(xué)胡蘿卜素化學(xué) 193

5、9化學(xué)聚甲烯和高萜烯化學(xué) 1950生理學(xué)醫(yī)學(xué)性激素化學(xué)及其分離、腎皮素化學(xué)及其分離 1951化學(xué)超鈾元素的發(fā)現(xiàn) 1955化學(xué)腦下腺激素的研究和第一次合成聚肽激素 1958化學(xué)胰島素的結(jié)構(gòu) 1961化學(xué)光合作用時(shí)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)的確認(rèn) 1970 生理學(xué)醫(yī)學(xué)關(guān)于神經(jīng)元觸處遷移物質(zhì)的研究 化學(xué)發(fā)現(xiàn)糖核苷酸及其在生物合成碳水化合物中的作用 1972 化學(xué)核糖核酸化學(xué)酶結(jié)構(gòu)的研究 生理學(xué)醫(yī)學(xué)抗體結(jié)構(gòu)的研究 v1906，俄國(guó)植物學(xué)家 M.Tswett 發(fā)明色譜法，色譜之父 v1931，對(duì)液固吸附色譜的杰出貢獻(xiàn)者庫(kù)恩，分離出60多 種胡蘿卜素，核黃素、維生素，獲1938年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) v蒂塞利烏斯(Tisel

6、ius)因電泳分析和分析方法的研究，發(fā) 現(xiàn)血清蛋白組分，獲1948年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) v1941，馬丁(Martin)和辛格(Synge)創(chuàng)始分配色譜特別是 紙色譜而共獲1952年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) v氨基酸自動(dòng)分析儀發(fā)明人S.穆?tīng)?Stanford Moore)和W.H. 斯坦(William Howard Stein),定量分析方法解決了有關(guān)氨 基酸、多肽、蛋白質(zhì)等復(fù)雜的生物化學(xué)問(wèn)題，獲1972年 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 1. 色譜法的定義 色譜法又稱色層法或?qū)游龇?，是一種物理化學(xué)分析 方法，它利用不同溶質(zhì)(樣品)與固定相和流動(dòng)相之 間的作用力(分配、吸附、離子交換等)的差別，當(dāng) 兩相做相對(duì)移動(dòng)時(shí)，各溶質(zhì)在兩

7、相間進(jìn)行多次“平 衡”，使各溶質(zhì)達(dá)到相互分離。 固定相：在色譜分離中固定不動(dòng)，對(duì)樣品產(chǎn)生保留 的一相。 流動(dòng)相：帶動(dòng)樣品向前移動(dòng)的另一相，與固定相處 于平衡狀態(tài)。 7.1概述 7.1.2色譜法的定義與分類(lèi) 2. 色譜法的分類(lèi) 根據(jù)流動(dòng)相的狀態(tài)將色譜法分成四大類(lèi)。 表17-3 色譜法以流動(dòng)相種類(lèi)的分類(lèi) 色譜類(lèi)型流動(dòng)相主要分析對(duì)象 氣相色譜法氣體揮發(fā)性有機(jī)化合物 液相色譜法液體溶于水或有機(jī)溶劑的各種物質(zhì) 超臨界色譜法超臨界流體各種有機(jī)化合物 電色譜法緩沖溶液、電場(chǎng)離子和各種有機(jī)化合物 7.1概述 7.1.2色譜法的定義與分類(lèi) 1.按兩相分子的聚 集狀態(tài)分類(lèi) 2. 按固定相的固 定方式分類(lèi) 平面色譜

8、 紙色譜 薄層色譜 高分子薄膜色譜 柱 色 譜 填充柱色譜 毛細(xì)管柱色譜 分配色譜： 利用分配系數(shù)的不同 吸附色譜： 利用物理吸附性能的差異 離子交換色譜：利用離子交換原理 空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同 3. 按分離機(jī)制 分類(lèi) 流動(dòng)相 固定相 類(lèi)型 液體 固體 液-固色譜 液體 液體 液-液色譜 氣體 固體 氣-固色譜 氣體 液體 氣-液色譜 液相色譜 氣相色譜 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.1色譜過(guò)程 7.2.2基本術(shù)語(yǔ) 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.1色譜過(guò)程 色譜過(guò)程是物質(zhì)分子在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩相間分配平衡 的過(guò)程。在混合物中，若兩個(gè)組分的分配系數(shù)不等， 則被流動(dòng)相攜帶移動(dòng)的速率不等，

9、即形成差速遷移 而被分離。如圖所示。 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.1色譜過(guò)程 v色譜過(guò)程的實(shí)質(zhì) (1)色譜過(guò)程是吸附與解 析的過(guò)程； (2)不同組分極性的差異 導(dǎo)致吸附與解析的差 異； (3)不同組分向前移動(dòng)的 過(guò)程是差異不斷累積 過(guò)程，是在動(dòng)態(tài)中由 量變到質(zhì)變的過(guò)程。 B A A B B A B B AB AB c t 流動(dòng)相 樣品液 色譜柱 固定相 檢測(cè)器 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ) 1.色譜 2.保留值 3.分配系數(shù)(K)和容量因子(k) 4.分離參數(shù) 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)1.色譜 檢測(cè)色譜分離后組分的響應(yīng)信號(hào)對(duì)時(shí)間作圖得到的 曲線稱為色譜圖。 圖7-

10、2 色譜流出曲線 A O A E G F H 進(jìn)樣 空氣峰 C I D J t B h 2 1h.6670 h 2 21/ W W 0 t R R t t 信號(hào) O 0 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)1.色譜 名詞術(shù)語(yǔ)：色譜峰、基線、峰高h(yuǎn)、標(biāo)準(zhǔn)偏差、峰 寬W、半峰寬W1/2、峰面積A； 包含信息：tR；h或A；,W1/2,W 。 關(guān)系：W=4，W1/2=2.355，W=1.699W1/2， A O A E G F H 進(jìn)樣 空氣峰 C I D J t B h 2 1h.6670 h 2 21/ W W 0 t R R t t 信號(hào) O 0 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)2

11、.保留值 0 174 310 373.4 t(mm) V m 進(jìn)進(jìn) 樣樣 C7 未未 知知 C8 )()1( )()( lglg lglg 100 zRzR zRxR x tt tt ZI 例如求乙酸正丁酯在柱溫為100的阿皮松L柱上的保留指數(shù). 正庚烷(C7)：tR(Z)174.0mm，lg174.02.2406； 乙酸正丁酯：tR(x)310.0mm，lg310.02.4914； 正辛烷(C8)： tR(Z+1)373.4 mm，lg373.42.5722。 代入公式，求得I775.6，說(shuō)明乙酸正丁酯在柱上的保留行為 相當(dāng)于7.756個(gè)碳原子正構(gòu)烷烴的保留行為。 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.

12、2.2基本術(shù)語(yǔ)2.保留值 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)3.分配系數(shù)(K)和容量因子(k) 分配系數(shù)(K)：色譜過(guò)程中，在流動(dòng)相和固定相中的 溶質(zhì)分子處于動(dòng)態(tài)平衡。平衡時(shí)組分在固定相(s)與 流動(dòng)相(m)中的濃度(c)之比，稱為分配系數(shù)(K)。 m s c c K 分配系數(shù)的物理意義：表示平衡態(tài)下，組分在固定 相和流動(dòng)相的濃度之比，也叫做分配平衡常數(shù)。其 中，在吸附色譜中稱為吸附系數(shù)(Ka)；在離子交換色 譜中稱為選擇性系數(shù)(Ks)；在凝膠色譜中稱為滲透系 數(shù)(Kp)。分配系數(shù)的差異是所有色譜分離的實(shí)質(zhì)性的 原因。 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)3.分配系數(shù)(K)和容量因子

13、(k) 容量因子(k) ：在平衡狀態(tài)下，組分在固定相(s)與 流動(dòng)相(m)中的質(zhì)量之比，稱為容量因子。色譜柱的 容量因子是溶質(zhì)分子與色譜柱填料相互作用強(qiáng)度的 直接量度，由下式定義： )()1 ( - BA00 00 0 m s mm ss kkttktt t t t tt k V V K Vc Vc k RR RR ， ， 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)4.分離參數(shù) 分離因子()：即相鄰兩個(gè)組分調(diào)整保留值之比，又 稱為分配系數(shù)比或選擇性系數(shù)比。 分離度 (Rs)：相鄰兩個(gè)組 分的色譜峰，其保留時(shí)間 差與兩峰峰底寬平均值之 商。 ; 1 2 1 2 1 2 1 2 K K k k V

14、V t t R R R R 。 12 2 1 12 WW tt R RR s 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)4.分離參數(shù) v色譜分析的目的就是要將混合物中的各組分分離， 為了獲得較好的準(zhǔn)確度，一般規(guī)定兩相鄰峰的分離 度 Rs1.5時(shí)，可認(rèn)為兩組分完全分離。 7.2色譜過(guò)程與術(shù)語(yǔ) 7.2.2基本術(shù)語(yǔ)例題17-1 一個(gè)氣相色譜柱，由固定液的涂量及固定液在柱溫下的密度計(jì) 算得Vs14.1mL，載氣流速為43.75mL/min。分離一個(gè)含A、B、 C三組分的樣品，測(cè)得組分保留時(shí)間分別為1.41min、2.67min、 4.18min、空氣為0.24min。試計(jì)算：死體積；各組分的調(diào) 整保留時(shí)

15、間；相鄰兩組分的分離因子。 解解：已知Fc 43.75mL/min，死時(shí)間t00.24min。 。，相鄰峰的分離因子為： 。，得： ，將數(shù)據(jù)代入公式：積忽略檢測(cè)器及接頭的體 。，因 62. 108. 2 2 .1254. 763. 3 )(3 min94. 3min43. 2min17. 12 mL5 .1075.4324. 01 0 0 0 0 B C BC A B AB CBA s mR s m m s m RRRRR K K K K KKK V V t t V V k c c K VV tttttt V CBA 7.3色譜分離的基本理論 7.3.1 分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系 7.3.2

16、等溫線 7.3.3 塔板理論 7.3.4 速率理論 7.3.5 影響分離度的因素 7.3色譜分離的基本理論 7.3.1分配系數(shù)與保留行為的關(guān)系 推導(dǎo)色譜過(guò)程方程： 在實(shí)驗(yàn)條件一定時(shí)，保留時(shí)間tR取決于分配系數(shù)K， 也就是取決于組分的性質(zhì)，所以，保留時(shí)間是對(duì)組 分進(jìn)行色譜定性的指標(biāo)。 m s R R m s mm ss V V Ktt ktt V V K Vc Vc k 1 1 0 0 色譜過(guò)程方程： ，保留時(shí)間： ，容量因子： Vs固定相的體積 Vm流動(dòng)相的體積 K,tR,組分后出柱 K0， 組分不保留 K,組分完全保留 7.3色譜分離的基本理論 7.3.2等溫線 等溫線： 在一定溫度條件下，

17、組分在固定相和流動(dòng)相的分配 達(dá)到平衡時(shí)，在兩相中的濃度之比值K為常數(shù)，由 此繪制出的cs與cm的關(guān)系曲線稱為等溫線。 a K=cs/cm b c cs cm tR c b前延峰 a正常峰 c拖尾峰 7.3色譜分離的基本理論 7.3.2等溫線 對(duì)稱因子： u完全對(duì)稱：fs=1.00 u對(duì)稱峰：fs=0.951.05 u前沿峰：fs0.95 u拖尾峰：fs1.05 圖7-5 對(duì)稱因子的計(jì)算 A BA A W f h s 22 05. 0 Wh/2h 0.05h W0.05h AB 1.塔板理論的基本假設(shè) 2.塔板理論的計(jì)算公式 3.塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和局限 7.3色譜分離的基本理論 7.3.3塔板理論

18、 7.3色譜分離的基本理論 7.3.3塔板理論1.塔板理論的基本假設(shè) v色譜柱是由一系列連續(xù)、等距的水平塔組成，在 柱內(nèi)每層塔板內(nèi)部，組分能夠在流動(dòng)相和固定相 兩相中達(dá)到平衡。 v流動(dòng)相通過(guò)色譜柱呈間歇式前進(jìn)運(yùn)動(dòng)，每次前進(jìn) 為一個(gè)塔板體積。 v樣品和流動(dòng)相同時(shí)加在第一個(gè)塔板上，且樣品垂 直于前進(jìn)方向的擴(kuò)散(即縱向擴(kuò)散)可以忽略。 v分配系數(shù)在各塔板上是常數(shù)。 7.3色譜分離的基本理論 7.3.3塔板理論1.塔板理論的基本假設(shè) 塔板理論的這些假設(shè)，實(shí)際上是把組分在兩相間的 連續(xù)轉(zhuǎn)移過(guò)程，分解為間歇地在單個(gè)塔板中的分配 平衡過(guò)程，經(jīng)過(guò)多次分配平衡后，分配系數(shù)小的組 分先達(dá)到塔頂(即揮發(fā)性大的組分先

19、流出色譜柱)。 色譜柱的塔板數(shù)可高達(dá)幾千甚至幾萬(wàn)，使被測(cè)組分 在分配系數(shù)間有微小的差別時(shí)就可以得到分離。 7.3色譜分離的基本理論 7.3.3塔板理論1.塔板理論的計(jì)算公式 理解：在tR一定時(shí)，W或W1/2 越小(即峰越窄)，理論板數(shù)n越 大， 理論板高越小，柱的分離 效率越高。有效理論塔板neff也 同此理。因此，理論塔板數(shù)是 評(píng)價(jià)柱效能的指標(biāo)。 。 ； ； ； ； 2 2/1 22 2 2/1 22 2 54. 516 54. 516 W t W t t n W t W t t n n L H H L n L H RRR eff RRR eff eff 推導(dǎo)有效理論塔板數(shù)： 推導(dǎo)理論塔板數(shù)

20、： 有效理論板高： 理論塔板數(shù)： 理論板高： 7.3色譜分離的基本理論 7.3.3塔板理論3.塔板理論的優(yōu)點(diǎn)和局限 優(yōu)點(diǎn)：塔板理論是半經(jīng)驗(yàn)性理論，在解釋流出曲線 的形狀、濃度極大點(diǎn)的位置、評(píng)價(jià)柱效高低等方面 是成功的。 局限：塔板理論的基本假設(shè)與事實(shí)不完全相符，它 無(wú)法解釋譜帶擴(kuò)展的原因，也無(wú)法解釋色譜過(guò)程與 流動(dòng)相流速、柱內(nèi)分子擴(kuò)散傳質(zhì)過(guò)程以及色譜操作 參數(shù)等動(dòng)力學(xué)因素的關(guān)系。 這些問(wèn)題，在速率理論中得到了圓滿的解決。 為了克服塔板理論的缺陷，Van Deemter等在Martin等人的工作 基礎(chǔ)上，比較完整地解釋了速率理論。后來(lái)，Giddings等又作 了進(jìn)一步的完善。速率理論充分考慮了溶

21、質(zhì)在兩相間的擴(kuò)散 和傳質(zhì)過(guò)程，更接近溶質(zhì)在兩相間的實(shí)際分配過(guò)程。 當(dāng)溶質(zhì)譜帶向柱出口遷移時(shí)，必然會(huì)發(fā)生譜帶展寬。譜帶的 遷移速率的大小決定于流動(dòng)相線速度和溶質(zhì)在固定相中的保 留值。同一溶質(zhì)的不同分子在經(jīng)過(guò)固定相時(shí)，它們的遷移速 率是不同的，正是這種差異造成了譜帶的展寬。譜帶展寬的 直接后果是影響分離效率、降低檢測(cè)靈敏度，所以，抑制譜 帶展寬就成了高效分離追求的目標(biāo)。 引起譜帶展寬的主要因素有：渦流擴(kuò)散；縱向擴(kuò)散； 傳質(zhì)阻力。這些因素都統(tǒng)一于Van Deemter方程中。 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論 Van Deemter方程 BC

22、AH Cu u B AH 2 最小 符號(hào)名 稱單位 H塔板高度cm A渦流擴(kuò)散項(xiàng)cm B縱向擴(kuò)散系數(shù)cm2s-1 C傳質(zhì)阻力系數(shù) s u載氣線流速cms-1 圖17-6 范氏方程中各項(xiàng)對(duì)板高的貢獻(xiàn) 0 t L u Van Deemter方程方程中各項(xiàng)的意義 符號(hào)名稱關(guān)系式備 注 A 渦流擴(kuò)散項(xiàng) (多路徑項(xiàng)) A=2dp dp：固定相顆粒平均直徑；： 渦流擴(kuò)散因子，與填充的均勻性 有關(guān) B/u 縱向擴(kuò)散項(xiàng) (分子擴(kuò)散項(xiàng)) B=2rDg r ：曲折因子，反映固定相顆粒 的空間結(jié)構(gòu)。填充柱r0.5-0.7, 空心柱r1；Dg ：組分分子在 載氣中的擴(kuò)散系數(shù) Cgu 氣 相 傳質(zhì)阻力項(xiàng) k：容量因子

23、Clu 液 相 傳質(zhì)阻力項(xiàng) df ：固定液液膜厚度， Cl： 組分在固定液中的擴(kuò)散系數(shù) g p g Dk dk C 2 22 1 01. 0 () l f l D d k k C 2 22 +1 8 = 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素 引起譜帶展寬的主要因素 (1)渦流擴(kuò)散 (2)縱向擴(kuò)散 (3)傳質(zhì)阻力 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素 (1)渦流擴(kuò)散：引起渦流擴(kuò)散的原因是色譜柱內(nèi)的 多路徑。溶質(zhì)分子在前進(jìn)過(guò)程中形成的這種紊亂 類(lèi)似于渦流的流動(dòng)，所以稱之為渦流擴(kuò)散。 A=2dp v空心毛細(xì)管柱無(wú)多徑相：A0 A B C 柱

24、管壁 固定相 組分移行軌跡 初始帶寬譜帶展寬 流動(dòng)相方向 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素 (2)縱向擴(kuò)散：引起縱向擴(kuò)散的原因是濃度梯度?？v向擴(kuò)散 是溶質(zhì)分子在移動(dòng)方向上向前和向后的擴(kuò)散，引起譜帶 展寬。它是由濃度梯度所引起?？v向擴(kuò)散引起的峰展寬 由下式?jīng)Q定： 縱向擴(kuò)散引起的色譜峰展寬示意圖 u D u B g 2 v式中B2Dg，為縱向擴(kuò)散系數(shù)；為彎曲因子或阻礙因子， 填充柱0.50.7，毛細(xì)管1；Dg為溶質(zhì)在流動(dòng)相中的 擴(kuò)散系數(shù)；u 為流動(dòng)相線速度。隨著樣品帶在固定相中的 移動(dòng)，因縱向擴(kuò)散使樣品帶寬逐漸增加，相應(yīng)得到的色譜 峰就越來(lái)越寬而矮。 7.3色譜分

25、離的基本理論 7.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素 (3) 傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散 傳質(zhì)阻力系數(shù)C，是溶質(zhì)在固定相中傳質(zhì)阻力系數(shù) (Cl)與流動(dòng)相(氣相)傳質(zhì)阻力系數(shù)(Cg)之和： CClCg 流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子要從流動(dòng)相 轉(zhuǎn)移到固定相中，就要從流動(dòng)相主體擴(kuò)散到氣液、 氣固、液液或液固界面，阻礙這一擴(kuò)散過(guò)程 的阻力稱流動(dòng)相傳質(zhì)阻力。流動(dòng)相傳質(zhì)阻力引起的 譜帶展寬程度由下式?jīng)Q定： g p g Dk dk C 2 22 1 01. 0 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論引起譜帶展寬的主要因素 (3) 傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散 固定相傳質(zhì)阻力引起的擴(kuò)散溶質(zhì)分子到達(dá)兩相界 面后，將繼

26、續(xù)擴(kuò)散到固定相內(nèi)部達(dá)到分配平衡，然 后又返回到兩相界面。溶質(zhì)在這一移動(dòng)過(guò)程中的阻 力稱固定相傳質(zhì)阻力。固定相傳質(zhì)阻力引起的譜帶 展寬由下式?jīng)Q定： l f l D d k k C 2 22 )1 ( 8 7.3色譜分離的基本理論 7.3.4速率理論 結(jié)論： Van Deemter方程說(shuō)明了色譜柱填充均勻程度、 載體的性質(zhì)與粒度、載氣種類(lèi)與流速、固定液層厚、柱 溫等對(duì)柱效的影響，對(duì)分離條件具有指導(dǎo)意義。 g g D r k kk C 2 0 2 2 )1 (24 1161 l f l D d k k C 2 2 )1 ( 3 2 u D dC D dC D dC u DC dH m psm s f

27、s m pm md p 222 2 Giddings方程(液相色譜) Golay方程(空心柱氣相色譜) uCuC u B H lg 7.3色譜分離的基本理論 7.3.5影響分離度的因素 c b a 1 1 4 2 2 s k kn R A B BA B B A A 原始 狀態(tài) 增加 k 增加 n 增加 7.3色譜分離的基本理論 7.3.5影響分離度的因素 在保持色譜條件不變的 情況下，從分離度方程 式可以推導(dǎo)出柱長(zhǎng)與分 離度的關(guān)系式 2 1 2 2 1 L L R R 7.4基本類(lèi)型色譜法的分離機(jī)制 7.4.1吸附色譜法 7.4.2分配色譜法 7.4.3離子交換色譜法 7.4.4空間排阻色譜法

28、 7.4基本類(lèi)型色譜法的分離機(jī)制 7.4.1吸附色譜法 吸附色譜法利用固體吸附劑作為固定相，最常用的固定 相是硅膠。它利用被分離組分對(duì)固定相表面活性中心吸 附能力的差別而實(shí)現(xiàn)分離。 吸附平衡： Xm + nYa Xa + nYm mX aX n am n ma a Vn Sn YX YX K m a 吸附系數(shù)： 常數(shù) 分離機(jī)制：各組分與流動(dòng)相分子爭(zhēng)奪吸附劑表面活性中心， 利用吸附劑對(duì)不同組分的吸附能力差異而實(shí)現(xiàn)分離。 過(guò)程：吸附解吸再吸附再解吸無(wú)數(shù)次洗脫分離 m X m Y ma a X 圖710 吸附色譜示意圖 X.溶質(zhì)分子溶質(zhì)分子 Y.流動(dòng)相分子流動(dòng)相分子 a. 吸附劑吸附劑 m.流動(dòng)相流動(dòng)相 7.4基本類(lèi)型色譜法的分離機(jī)制 7.4.1吸附色譜法 要求：固定相機(jī)械吸附在惰性載體上的液體；流動(dòng)相 必須與固定相不為互溶；載體惰性，性質(zhì)穩(wěn)定，不 與固定相和流動(dòng)相發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。分離機(jī)制：見(jiàn)圖示 狹義分配系數(shù)狹義分配系數(shù) mX sX m s Vn Vn C C K m s n 注：K與組分的性質(zhì)、流動(dòng)相的性質(zhì)、固定相的性質(zhì)以 及柱溫有關(guān)。 中的體積分別為固定相與流動(dòng)相 相與流動(dòng)相中的濃度分別為溶質(zhì)分子在固定 ms ms VV CC 、 、 7.4基本類(lèi)型