第6 章 色谱分析导论.ppt

* * 1）柱分辨率R； * * 2）柱平均理论塔板数nav * * 3）平均塔板高度Hav * * 4 4）若要求R达到1.5，则柱长至少应为多少？ * * 5）使用上述较长的柱进行分析时，其分析时间为多长？ * * 6）不增加柱长，要求在原来的分析时间内R达到1.5，该柱的塔板高度应为多少？ * * 2.有效塔板数和有效塔板高度 组分在t0时间内不参与柱内分配。需引入有效塔板数和有效塔板高度： * * 例：用一根柱长为1m的色谱柱分离含有A，B，C，D四个组分的混合物，它们的保留时间tR分别为6.4min,14.4min,15.4min,20.7min,其峰底宽Wb分别为0.45min,1.07min,1.16min,1.45min。试计算：各谱峰的理论塔板数。 解： * * 3.塔板理论的特点和不足 (1)当色谱柱长度一定时，塔板数 n 越大(塔板高度 H 越小)，被测组分在柱内被分配的次数越多，柱效能则越高，即使分配系数只有微小的差别，仍可获得好的分离效果。所得色谱峰越窄。 (2)不同物质在同一色谱柱上的分配系数不同，用有效塔板数和有效塔板高度作为衡量柱效能的指标时，应指明测定物质。 (3)柱效不能表示被分离组分的实际分离效果，当两组分的分配系数K相同时，无论该色谱柱的塔板数多大，都无法分离。 (4)塔板理论无法解释同一色谱柱在不同的载气流速下柱效不同的实验结果，也无法指出影响柱效（如塔板高度H）的因素及提高柱效的途径。 * * 二、 速率理论-影响柱效的因素 1956年荷兰学者范弟姆特（Van Deemter)等提出了色谱过程的动力学理论，他们吸收了塔板理论的概念，并把影响塔板高度的动力学因素结合进去，导出了塔板高度H与载气线速度u的关系。 1. 速率方程（也称范.弟姆特方程式） H = A + B/u + C·u H：理论塔板高度; u：载气的线速度(cm/s) 减小A、B、C三项可提高柱效； 存在着最佳流速； A、B、C三项常数各与哪些因素有关？ * * A─涡流扩散项 A = 2λdp dp：固定相的平均颗粒直径 λ：固定相的填充不均匀因子 固定相颗粒越小dp↓，填充的越均匀，A↓，H↓，柱效n↑。表现在涡流扩散所引起的色谱峰变宽现象减轻，色谱峰较窄。对于空心毛细管柱，A项为零。 （动画） * * B/u —分子扩散项 B = 2 γ Dg γ ：弯曲因子，空心毛细管,γ=1；填充柱色谱,γ 1。 Dg：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1） (1) 存在着浓度差，产生纵向扩散; (2) 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差; (3) 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑; (4) 扩散系数Dg与组分及载气的性质有关： Dg ∝(M载气)-1/2 ； M载气↑，B值↓。 Dg ∝（M组分）-1 （5）扩散系数Dg随柱温升高而增加。 （动画） * * k为容量因子； Dg 、DL为扩散系数。 减小担体粒度，选择小分子量的气体作载气，可降低传质阻力。 C ·u —传质阻力项 传质阻力系数包括气相传质阻力Cg和液相传质阻力CL系数即： C =（Cg + CL） （动画） * * 2.载气流速与柱效——最佳流速 载气流速高时： 传质阻力项是影响柱效的主要因素，流速?，柱效?。 载气流速低时： 分子扩散项成为影响柱效的主要因素，流速?,柱效? 。 H - u曲线与最佳流速： 由于流速对这两项完全相反的作用，流速对柱效的总影响使得存在着一个最佳流速值，即速率方程式中塔板高度对流速的一阶导数有零值点。 以塔板高度H对应载气流速u作图，曲线最低点的流速即为最佳流速。 * * 最佳流速uopt与最小理论塔板高度Hmin * * 3. 速率理论的要点 (1)组分分子在柱内运行的多路径与涡流扩散、浓度梯度所造成的分子扩散及传质阻力使气液两相间的分配平衡不能瞬间达到等因素是造成色谱峰扩展，柱效下降的主要原因。 (2)通过选择适当的固定相粒度、载气种类、液膜厚度及载气流速可提高柱效。 (3)速率理论为色谱分离和操作条件选择提供了理论指导。阐明了流速和柱温对柱效及分离的影响。 (4) 各种因素相互制约，如载气流速增大，分子扩散项的影响减小，使柱效提高，但同时传质阻力项的影响增大，又使柱效下降；柱温升高，有利于传质，但又加剧了分子扩散的影响，选择最佳条件，才能使柱效达到最高