第十章色譜法

第十章色譜法第一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五1．渦流擴散項A

在填充色譜柱中，當組分隨流動相向柱出口遷移時，流動相由于受到固定相顆粒障礙，不斷改變流動方向，使組分分子在前進中形成紊亂的類似“渦流”的流動，故稱渦流擴散，形象地如圖-S1所示。第二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

A＝2λdp

dp：固定相的平均顆粒直徑;

λ：固定相的填充不均勻因子

上式表明，A與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關，與流動相的性質、線速和組分性質無關。為了減少渦流擴散，提高柱效，使用細而均勻的顆粒，并且填充均勻是十分必要的。對于空心毛細管，不存在渦流擴散,因此A＝0。

第三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五2.分子擴散項B/u（縱向擴散項）

縱向分子擴散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構型呈“塞子”狀。如圖所示。它隨著流動相向前推進，由于存在濃度梯度，“塞子”必然自發(fā)地向前和向后擴散，造成譜帶展寬。分子擴散項系數(shù)為第四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

B＝2γDg

γ

：彎曲因子，填充柱色譜，γ<1

Dg：試樣組分分子在氣相中的擴散系數(shù)（cm2·s-1）

(1)存在著濃度差，產(chǎn)生縱向擴散;(2)擴散導致色譜峰變寬，H↑(n↓)，分離變差;(3)分子擴散項與流速有關，流速↓，滯留時間↑，擴散↑;(4)擴散系數(shù)：Dg∝(M載氣)-1/2

；M載氣↑，B值↓。第五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五3．傳質阻力項Cu

由于氣相色譜以氣體為流動相，液相色譜以液體為流動相，它們的傳質過程不完全相同，現(xiàn)分別討論之（l）對于氣液色譜，傳質阻力系數(shù)C包括氣相傳質阻力系數(shù)Cg和液相傳質阻力系數(shù)Cl兩項，即

C＝Cg＋Cl

第六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

氣相傳質過程是指試樣組分從氣相移動到固定相表面的過程。這一過程中試樣組分將在兩相間進行質量交換，即進行濃度分配。有的分子還來不及進入兩相界面，就被氣相帶走；有的則進人兩相界面又來不及返回氣相。這樣，使得試樣在兩相界面上不能瞬間達到分配平衡，引起滯后現(xiàn)象，從而使色譜峰變寬。對于填充柱，氣相傳質阻力系數(shù)Cg為式中k為容量因子。由上式看出，氣相傳質阻力與填充物粒度的平方成正比、與組分在載氣流中的擴散系數(shù)成反比。因此，采用粒度小的填充物和相對分子質量小的氣體（如氫氣）做載氣，可使Cg減小，提高柱效。第七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五液相傳質阻力系數(shù)C1為

由上式看出，固定相的液膜厚度df薄，組分在液相的擴散系數(shù)D1大，則液相傳質阻力就小。降低固定液的含量，可以降低液膜厚度，但k值隨之變小，又會使C1增大。當固定液含量一定時，液膜厚度隨載體的比表面積增加而降低，因此，一般采用比表面積較大的載體來降低液膜厚度，但比表面太大，由于吸附造成拖尾峰，也不利分離。雖然提高柱溫可增大Dl，但會使k值減小，為了保持適當?shù)腃l值，應控制適宜的柱溫。第八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五將上面各式總結，即可得氣液色譜速率板高方程

這一方程對選擇色譜分離條件具有實際指導意義，它指出了色譜柱填充的均勻程度，填料顆粒的大小，流動相的種類及流速，固定相的液膜厚度等對柱效的影響。

第九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

（2）對于液液分配色譜，傳質阻力系數(shù)（C）包含流動相傳質阻力系數(shù)（Cm）和固定相傳質系數(shù)（Cs），即

C＝Cm＋Cs

其中Cm又包含流動的流動相中的傳質阻力和滯留的流動相中的傳質阻力，即

第十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五式中右邊第一項為流動的流動相中的傳質阻力。當流動相流過色譜柱內(nèi)的填充物時，靠近填充物顆粒的流動相流速比在流路中間的稍慢一些，故柱內(nèi)流動相的流速是不均勻.

ωm是由柱和填充的性質決定的因子。ωsm是一常數(shù)，它與顆粒微孔中被流動相所占據(jù)部分的分數(shù)及容量因子有關。

液液色譜中固定相傳質阻力系數(shù)（Cs）可用下式表示：

第十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

該式與氣液色譜速率方程的形式基本一致，主要區(qū)別在液液色譜中縱向擴散項可忽略不計，影響柱效的主要因素是傳質阻力項。

綜上所述，對液液色譜的VanDeemter方程式可表達為：第十二頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五速率理論方程的修正1.Giddings方程(1961年)2.Huber方程E稱為峰展寬常數(shù)，這些方程各有欠缺。第十三頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五速率理論的要點(1)組分分子在柱內(nèi)運行的多路徑與渦流擴散、濃度梯度所造成的分子擴散及傳質阻力使氣液兩相間的分配平衡不能瞬間達到等因素是造成色譜峰擴展柱效下降的主要原因。(2)通過選擇適當?shù)墓潭ㄏ嗔６?、載氣種類、液膜厚度及載氣流速可提高柱效。(3)速率理論為色譜分離和操作條件選擇提供了理論指導。闡明了流速和柱溫對柱效及分離的影響。(4)各種因素相互制約，如載氣流速增大，分子擴散項的影響減小，使柱效提高，但同時傳質阻力項的影響增大，又使柱效下降；柱溫升高，有利于傳質，但又加劇了分子擴散的影響，選擇最佳條件，才能使柱效達到最高。第十四頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五四.載氣流速與柱效——最佳流速載氣流速高時：

傳質阻力項是影響柱效的主要因素，流速，柱效。載氣流速低時：

分子擴散項成為影響柱效的主要因素，流速,柱效。H-u曲線與最佳流速：

由于流速對這兩項完全相反的作用，流速對柱效的總影響使得存在著一個最佳流速值，即速率方程式中塔板高度對流速的一階導數(shù)有一極小值。以塔板高度H對應載氣流速u作圖，曲線最低點的流速即為最佳流速。第十五頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五10.4分離度

圖d1說明了柱效和選擇性對分離的影響。圖中（a）兩色譜峰距離近并且峰形寬。兩峰嚴重相疊，這表示選擇性和柱效都很差。圖中（b）雖然兩峰距離拉開了，但峰形仍很寬，說明選擇性好，但柱效低。圖中（c）分離最理想，說明選擇性好，柱效也高。

第十六頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

由此可見，單獨用柱效或選擇性不能真實反映組分在色譜柱中分離情況，故需引人一個綜合性指標——分離度R。分離度是既能反映柱效率又能反映選擇性的指標，稱總分離效能指標。分離度又叫分辨率，它定義為相鄰兩組分色譜峰保留值之差與兩組分色譜峰底寬總和之半的比值，即R值越大，表明相鄰兩組分分離越好。一般說，當R＜1時，兩峰有部分重疊；當R＝1時，分離程度可達98％；當R＝1．5時，分離程度可達99．7％。通常用R=1.5作為相鄰兩組分已完全分離的標志。

第十七頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

圖d2表示了不同分離度時色譜峰分離的程度。第十八頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五基本色譜分離方程式第十九頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五基本色譜分離方程式

R=0.8：兩峰的分離程度可達89%；R=1：分離程度98%；R=1.5：達99.7%（相鄰兩峰完全分離的標準）。第二十頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五

雙K與“五?！保LL=nH。

α＝1，沒有戲！

R≥1.5,全分離。再一次詠讀色譜謠！第二十一頁，共二十三頁，編輯于2023年，星期五[例1]

在一定條件下，兩個組分的調(diào)整保留時間分別為85秒和100秒，要達到完全分離，即R=1.5。計算需要多少塊有效塔板。若填充柱的塔板高度為0.1cm，柱長是多少？解：r21=100/85=1.18

n有效=16R2[r21/(r21—1)]2=16×1.52×(1.18/0.18)2

=1547（塊）

L有效=n有效·H有效=1547×0.1=155cm