色谱理论基础演示文稿.pptVIP

色谱理论基础演示文稿 当前第1页\共有27页\编于星期五\13点 （优选）色谱理论基础 当前第2页\共有27页\编于星期五\13点 塔板理论假定: ①塔板之间不连续； ②塔板之间无分子扩散； ③组分在各塔板内两相间的分配瞬间达至平衡，达一次平衡所需柱长为理论塔板高度H； ④某组分在所有塔板上的分配系数K相同； ⑤流动相以不连续方式加入，即以一个一个的塔板体积加入。 当塔板数n较少时，组分在柱内达分配平衡的次数较少，流出曲线呈峰形，但不对称；当塔板数n50时，峰形接近正态分布。 当前第3页\共有27页\编于星期五\13点 根据呈正态分布的色谱流出曲线可以导出计算塔板数n的公式，用以评价一根柱子的柱效。由于色谱柱并无真正的塔板，故塔板数又称理论塔板数： 上式中，tR为保留时间；W1/2为半峰宽（以时间为单位）；Wb为峰底宽度（以时间为单位）。可见，理论塔板数n由组分保留值和峰宽决定。 当前第4页\共有27页\编于星期五\13点 若柱长为L，则每块理论塔板高度H为： 由上述两式知道，理论塔板数n越多、理论塔板高度H越小、色谱峰越窄，则柱效越高。 上述两式包含死时间t0，它与组分在柱内的分配无关，因此不能真正反映色谱柱的柱效。通常以有效理论塔板数neff和有效理论塔板高度Heff表示： 当前第5页\共有27页\编于星期五\13点 有关塔板理论的说明 ①说明柱效时，必须注明该柱效是针对何种物质、固定液种类及其含量、流动相种类及流速、操作条件等； ②应定期对柱效进行评价，以防柱效下降，延长柱寿命。 ③塔板理论描述了组分在柱内的分配平衡和分离过程，导出流出曲线的数学模型，解释了流出曲线形状和位置，提出了计算和评价柱效的参数。 当前第6页\共有27页\编于星期五\13点 但该理论是在理想情况下导出的，未考虑分子扩散因素、其它动力学因素对柱内传质的影响。因此它不能解释： 峰形为什么会扩张？ 影响柱效的动力学因素是什么？ 当前第7页\共有27页\编于星期五\13点 1956年，荷兰化学工程师Van Deemter等在研究气-液色谱时，提出了色谱过程动力学理论--速率理论。该理论吸收了塔板理论中的塔板高度H的概念，同时考虑了组分在两相间的扩散和传质过程，导出了速率理论方程式，较完善地解释了影响塔板高度的各种因素。适用于气相色谱和液相色谱。 二、速率理论（Rate theory） 当前第8页\共有27页\编于星期五\13点 Van Deemter方程： 式中， u为流动相线速度；A、B、C为常数。 A—分别表示涡流扩散项系数；B—分子扩散项系数； C—传质阻力项系数（包括液相和固相传质阻力系数） 该式从动力学角度很好地解释了影响板高（柱效）的各种因素。任何减少方程右边三项数值的方法，都可降低H，从而提高柱效。 当前第9页\共有27页\编于星期五\13点 1.涡流扩散项A（Multipath term） 在填充柱中，由于受到固定相颗粒的阻碍，组分在迁移过程中随流动相不断改变方向，形成紊乱的“涡流”。从图中可见，因填充物颗粒大小及填充的不均匀性——同一组分运行路线长短不同——流出时间不同——峰形展宽。 流动方向 当前第10页\共有27页\编于星期五\13点 展宽程度以A表示： A = 2?dp 其中dp — 填充物平均直径； ? — 填充不规则因子。 可见，使用细粒的固定相并填充均匀可减小A，提高柱效。对于空心毛细管柱，无涡流扩散，即A=0。 流动方向 当前第11页\共有27页\编于星期五\13点 2.纵向扩散项B/u（Longitudinal diffusion term） 纵向分子扩散是由于浓度梯度引起的。当样品被注入色谱柱时，它呈“塞子”状分布。随着流动相的推进，“塞子”因浓度梯度而向前后自发地扩散，使谱峰展宽。其大小 B = 2?Dm ?—弯曲因子，表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况； Dm—组分在流动相中的扩散系数。 当前第12页\共有27页\编于星期五\13点 讨 论 流动相分子量大，Dg小，即B小 Dg 随柱温升高而增加，随柱压降低而减小； u 增加，组分停留时间短，纵向扩散小；（B/u） 对于液相色谱，因Dm 较小，B 项可忽略。 球状颗粒 大分子量流动相 适当增加流速 短柱 低温 B = 2?Dm 当前第13页\共有27页\编于星期五\13点 3. 传质阻力项Cu（Mass-transfer term） 因传质阻力