色谱分离相关术语以及速率理论.ppt

4. 色谱相关术语 n关于色谱峰 n关于保留值 n关于分配平衡 n 关于色谱峰的术语 峰 峰高 基线 峰宽 半峰宽 峰面 积 标准偏差 p峰底宽、半峰宽及标准偏差三者的关系为 ： p W=4，Wh/2=2.354 p拖尾峰 p伸舌峰 p鬼峰、假峰 p畸峰 p峰底 p基线漂移 p基线噪声 p谱带扩张 n 关于保留值的术语 p死时间(tM): 无保留组分出峰时间 p保留时间(tR): p调整保留时间(tR): p死体积(VM): p保留体积(VR): p调整保留体积(VR): p相对保留值(ri,s): p保留指数(I)：又叫Kovats，它规定正构烷烃的保 留指数是其碳数的100倍，其它物质的保留指数 在实际色谱条件下测定。选取与被测物相邻的两 种正构烷烃做参照系，其中一种碳数为Z，另一 种为Z+1，被测物的保留指数由下式计算： n 关于分配平衡 p分配系数K (distribution coefficient ) p分配比k又称为容量因子、容量比、分配容量，是指在 一定温度和压力下，平衡状态时组分在固定相中的量与 在流动相中的量之比值。是衡量柱子对组分保留能力的 重要参数。 p相比 色谱柱内固定相和流动相体积之比 是柱型及结构的重要特征。 二、色谱分析法基本理论 n研究理论的目的 解决色谱峰的分离问题 n三个色谱基本理论问题 n色谱热力学问题发展高选择性色谱 柱 n色谱动力学问题发展高效能色谱柱 n分离条件的最优化问题分离条件优 化 1、色谱动力学理论 研究流出曲线展宽的本质及曲线形状 变化的影响因素 n塔板理论 n速率理论 （1）塔板理论 塔板理论将色谱柱比 作精馏塔，通过概率 理论得到流出曲线方 程： n当t=tR时，C=Cmax，峰高正比于进样量C0，是峰高定 量的理论基础。 n当n越大，柱效越大，Cmax/ C0越大。即保留时间一定 时，塔板数越多，峰越高。 nCmax反比于tR，tR小，Cmax大， 保留时间小的组分峰高 且窄。tR大，Cmax小， 保留时间大的组分峰低且宽。 n 对色谱流出曲线方程的讨论 n 柱效n(塔板数） 由流出曲线方程导出： H=L/n nn是峰相对展宽的量度 nn是柱效的量度 nn是常数时，Y与tR 成正比 nn越大，h越小，表明组分在柱中达到的分配平 衡次数越多，对分离越有利，但还不能预言各 组分有被分离的可能性。 n 塔板理论的贡献 n塔板理论有助于我们形象的理解色谱 的分离过程。 n导出色谱流出曲线方程，它符合高斯 分布，与实验现象相吻合。 n导出理论塔板数的计算公式，作为柱 效的评价指标。 n 塔板理论的局限 n塔板高度H是一个抽象的物理量，它的色谱 本质是什么？它与哪些参变量有关，又怎样 影响峰的扩张？对实验的指导意义有限。 n不能解释流速对理论塔板数的影响。 n有些假设不合理，如没有考虑纵向扩散对色 谱分离的影响等。 速率理论 n速率理论是1956年荷兰学者Van Deemter等提出，因此又称作范第姆特 方程 n运用流体分子规律研究色谱过程中产生 色谱峰扩展的因素，导出了理论塔板高 度与流动相线速度的关系，揭示了影响 塔板高度的动力学因素 速率方程的导出 n根据塔板计算公式： n=5.54(tR/Y1/2)2 n速率理论讨论的是色谱峰展宽原因，即 影响塔板数n的因素，也就是影响塔板 高度H的因素。 nH=A+B/u+Cu 涡流扩散项 A=2dp 涡流扩 散项 均匀性 因子 粒径 涡流扩散项 n涡流扩散项A：由不等路径造成的色谱峰 扩展。由于柱填料粒径大小不同，粒度 分布范围不一致及填充的不均匀，形成 宽窄、长短不同的路径，因此流动相沿 柱内各路径形成紊乱的涡流运动，有些 溶质分子沿较窄且直的路径运行，以较 快的速度通过色谱柱，发生分子超前， 反之，有些分子发生滞后，从而使色谱 峰产生扩散。 分子扩散项 nB/u nB=2Dg 弯曲 因子 扩散 系数 分子扩散项 n分子扩散项：由于分子的纵向扩散造成 的色谱峰扩展。即由于试样组分被载气 带入色谱柱后，是以塞子的形式存在于 色谱柱的很小一段空间中，由于在塞子 前后存在浓度梯度，因此使运动着的分 子产生纵向扩散，引起色谱峰扩展 传质阻力项 气相传质阻力项 n气相传质阻力项Cg：试样组分从气相移 动到固定相表面的过程中，由于质量交 换过程需要一定时间（即传质阻力）而 使分子有滞留倾向。在此过程中，部分 组分分子随流动相向前运动，发生分子 超前，引起色谱峰扩展。 气相传质阻力项表达式 nCgu nCg = 容量因子 液相传质阻力项 n液相传质阻力项CL：试样组分从固定相 表面移动到固定相内部的过程中，由于 质量交换过程需要一定时间（即传质阻 力）而使分子有滞留倾向。在此过程中 ，部分组分分子先离开固定相表面，发 生分子超前，引起色谱峰扩展。 液相传质阻力相表达式 nCL u nCL = 液膜厚度 液相扩 散系数 气相色谱中的速率方程 速率方程给我们的什么启示 n为柱型的研究和发展提供理论依据 n为操作条件的选择提供理论指导 n为色谱柱的填充提供理论指导 对柱型研究和发展的影响 nA=0? nGolay1957年提出毛细管柱的概念（ opentube） n毛细管柱A=0，H=B/u+Cu nH，N，分离能力大大提高 对柱型研究和发展的影响 nB=0? n溶质在液体中的扩散系数DL10-5cm2/s n溶质在气体中的扩散系数Dg10-1cm2/s nDL Dg n当采用液体作流动相时 B0 n液体作流动相时可用更细的固定相，A nHPLC柱效比GC要高23个数量级 操作条件对柱效的影响 载气线速度（流速）的影响 n最佳流速：u=(B/C)1/2 n实用最佳流速：比最佳流速更快 nA与流速无关 nB/u：当流速小时，对H的大小起主导作 用 nCu：当流速大时，对H的大小起主导作用 容量因子k的影响 n不同组分k不同，测出的柱效不同 n在气相传质阻力相中，k ，Cg n理论上说k越小柱效越高，实际不可取 n在液相传质阻力相中，k ，Cl先， 后当 k=1时，最大。 n希望k在一个合适的范围内，通过改变柱温， 固定相，柱型参数等可实现。 柱温的影响 n间接影响、十分复杂 n对k影响，对扩散系数影响，从而对 柱效产生影响，但影响情况难以判断 对色谱柱的填充提供理论指导 n柱径：根据速率方程，柱径越小，柱效 越高，但柱径越小，固定相越难填充均 匀。 n柱长L：柱长增加，总塔板数增加，但柱 长增加，分离时间将增加。 n固定相粒径dp：根据速率方程，粒径减 小，A项减小，C项减小，柱效增加。但 粒径太小，不易填充，同时A项增大。 对色谱柱的填充提供理论指导 n液膜厚度df：从柱效角度考虑，液膜越 薄，柱效越高（根据速率方程），但允 许的进样量减小。固定液与担体的配比 一般在5:100-25:100之间，但现在更低 配比的固定相也应用广泛。 n更重要的是：不同沸点的物质，应采用 不同配比的固定相。 影响谱带扩张的其他因素 n非线性分配色谱