111概述20世纪中期,大量采用一些经典的分离方法：沉淀

111概述20世纪中期,大量采用一些经典的分离方法：沉淀内容摘要：

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。 23 2. 速率理论 （ Rate theory） 1956年 ， 荷兰化学工程师 van Deemter提出了色谱过程动力学速率理论：吸收了塔板理论中的板高 H概念 ， 考虑了组分在两相间的扩散和传质过程 ， 从而给出了 van Deemter方程： u 为流动相线速度； A， B， C为常数 ， 其中 A— 分别表示涡流扩散系数； B— 分子扩散系数； C— 传质阻力系数 （ 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。 CuuBAH 24 1） 涡流扩散项 (Multipath term, A) 在填充柱中 ， 由于受到固定相颗粒的阻碍 ， 组份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。 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 25 2） 分子扩散项 (Longitudinal diffusion term, B/u) 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。 其大小为 B=2D  — 称为弯曲因子 ， 它表示固定相几何形状对自由分子扩散的阻碍情况； D— 组分在流动相中的扩散系数。 组份为气体或液体时 ， 分别以 Dg或 Dm表示； 讨论：  分子量大的组分 ， Dg小 ， 即 B小  Dg 随柱温升高而增加 ， 随柱压降低而减小；  流动相分子量大 ， Dg 小 ， 即 B 小；  u 增加 ， 组份停留时间短 ， 纵向扩散小； （ B/u）  对于液相色谱 ， 因 Dm 较小 ， B 项可勿略。 )M/1D( g 流动相因为 球状颗粒； 大分子量流动相； 适当增加流速； 短柱； 低温。 26 3） 传质阻力项 (Masstransfer term, Cu) 因传质阻力的存在 ， 使分配不能 “ 瞬间 ” 达至平衡 ， 因此产生峰形展宽。 气相色谱以气体为流动相 ， 液相色谱以液体为流动相 ， 二者传质过程不完全相同。 下面分别作讨论。 a） 气液色谱：传质阻力项 C包括气相传质阻力系数 Cs和液相传质阻力系数 Cl。 ]Dd)k1(k32[]Dd)k1([CCCl2f2g2p22lg 流动相 固液界面 固定液 组分分子 Cl Cg 讨论：  减小填充颗粒直径 dp；  采用分子量小的流动相 ， 使 Dg增加；  减小液膜厚度 df， Cl下降。 但此时 k又减小。 因此 ， 当保持固定液含量不变时 ， 可通过 增加固定液载体的比表面来降低 df。 但比 表面过大又会因吸附过强使峰拖尾。  增加柱温 ， 可增加 Dl， 但 k值也减小 ， 为保 持合适 Cl值 ， 应控制柱温。 27 b） 液液色谱：传质阻力项 C包括流动相传质阻力系数 Cm和固定相传质阻力系数 Cs。 讨论：  流动相传质阻力包括两方面：流动相中的传质阻力 Cm、 滞留的流动相传 质阻 Cs力。 分别与填充物大小 dp、 扩散系数 (Dm)、 微孔大小及其数量等有 关。 因此 ， 降低流动相传质阻力的方法有：细颗粒固定相 、 增加组分在 固定相和流动相中的扩散系数 D、 适当降低线速度 、 短柱。  固定相传质阻力与液膜厚度 df、 保留因子 k 和扩散系数 Ds等有关。 因此 ， 降低固定相传质阻力的方法有：与气液色谱中的表述相同。 s2fsm2psmmsm DdDd)(CCC   sm 28 三 、 分离度 (Resolution, R) 同时反映色谱柱效能和选择性的一个综合指标。 也称总分离效能指标或分辨率。 其定义为： 利用此式 ， 可直接从色谱流出曲线上求出分离度 R。 R 越大 ， 相邻组分分离越好。 当 R= ， 分离程度可达 %， 因此R=。 W)tt(WW)tt(2)WW(21ttR121212 rr21rr21rr 29 第四节 色谱分离操作条件的选择 各项因素对板高 H的影响 图中曲线的最低点，塔板高度最小，柱效最高，所以该点对应的流速即为最佳流速。 H 净影响 Cu B /u A 当 u值较小时，分子扩散项 B/u将成为影响色谱峰扩张的主要因素，此时，宜采用相对分子质量较大的载气（ NAr），以使组分在载气中有较小的扩散系数。 当 u较大时，传质项 Cu将是主要控制因素。 此时宜采用相对分子质量较小，具有较大扩散系数的载气（ HHe），以改善气相传质。 30 最佳线速和最小板高可以通过 H = A + B / u + C u进行微分后求得。 上图的虚线是速率理论中各因素对板高的影响。 比较各条虚线可知，当 u值较小是，分子扩散项 B/u将成为影响色谱峰扩张的主要因素，此时，宜采用相对分子质量较大的载气（ N Ar），以使组分在载气中有较小的扩散系数。 另一方面，当 u较大时传质项 Cu将是主要控制因素。 此时宜采用相对分子质量较小，具有较大扩散系数的载气（ H He），以改善气相传质。 当然，还须考虑与所用的检测器相适应。 31 二、柱温的选择 柱温是一个重要的色谱操作参数，它直接影响分离效能和分析速度。 柱温不能高于固定液的最高使用温度，否则会造成固定液大量挥发流失。 某些固定液有最低操作温度。 一般地说，操作温度至少必须高于固定液的熔点，以使其有效地发挥作用。 降低柱温可使色谱柱的选择性增大，但升高柱温可以缩短分析时间，并且可以改善气相和液相的传质速率，有利于提高效能。 所以，这两方面的情况均需考虑。 32 在实际工作中，一般根据试样的沸点选择柱温、固定液用量及载体的种类。 对于宽沸程混合物，一般采用程序升温法进行。 三、柱长和内径的选择 由于分离度正比于柱长的平方根，所以增加柱长对分离是有利的。 但增加柱长会使各组分的保留时间增加，延长分析时间。 因此，在满足一定分离度的条件下，应尽可能使用较短的柱子。 增加色谱柱的内径，可以增加分离的样品量，但由于纵向扩散路径的增加，会使柱效降低。 33 毛细管柱的发明使得气相色谱分析发生了革命性的变化。 50 年代初 ， 主要进行填充柱的理论和应用研究 ， 并开始进行非填充柱 (内径为十分之几毫米 )的理论可行性研究。 1956 年 Golay正式提出了非填充柱 （ 空心柱 ） 的理论并制作出效率极高毛细管柱；次年发表了该研究论文。 50 年代后期 ， 一些研究人员都制成了各类毛细管柱 ， 经测定 ， 一些毛细管的理论塔板数可达到 300,000。 然而 ， 自毛细管柱发明以来 ， 20多年都没有广泛应用 ， 主要是因为： 1）柱容量小； 2） 柱强度小； 3） 样品引入及管与检测器的连结问题； 3） 固定液涂渍的重现性不好； 4） 寿命短； 5） 柱易堵塞； 6） 专利 197。