仪器分析7-色谱概论.ppt

3. 色谱分离的基本理论 塔板理论是半经验性理论，在解释流出曲线的形状、浓度极大点的位置以及评价柱效高低等方面是有效的。但塔板理论存在一定的局限性，除了其基本假设和事实不完全相符外，它无法解释谱带扩张的原因，也无法解释色谱过程与流动相流速、柱内分子扩散、传质过程及色谱操作参数等动力学因素的关系。 3.4 速率理论 3. 色谱分离的基本理论 Martin最先指出，气相色谱过程中溶质分子的纵向扩散是引起色谱区带扩张的主要因素。1956年，荷兰学者Van Deemter等在塔板理论基础上，研究了影响塔板高度H的因素，通过色谱实验证实，在低流速时增加流速，峰变锐，即柱效增加；当超过一定流速时峰变钝，柱效降低。用塔板高度H对载气流速u作图为二次曲线，曲线最低点对应的塔板高度最小，柱效最高，此时的流速称为最佳流速（u最佳），由此导出了速率方程式（或称范第姆特方程）： 1. Van Deemter 涡流扩散项 纵向扩散项 传质阻抗项 式中：H为塔板高度（cm）；A，B，C为与填充色谱柱有关的实验参数。A、B/u和Cu三项是对塔板高度的具体影响因素，分别称为涡流扩散项、分子扩散项和传质阻力项，由公式可知，只有这三项较小的情况下，H才可能小，峰形才可能变窄，柱效才会提高；u为载气线速度。 u可近似计算为： 3. 色谱分离的基本理论 3. 色谱分离的基本理论 1）涡流扩散项 －A 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。 3. 色谱分离的基本理论 3. 色谱分离的基本理论 2）分子扩散项—B/u B = 2 γ D γ ：弯曲因子，填充柱色谱， γ 1。 D：试样组分分子在气相中的扩散系数（cm2·s-1）。由于柱中存在着浓度差，产生纵向扩散： a. 扩散导致色谱峰变宽，H↑(n↓)，分离变差。 b. 分子扩散项与流速有关，流速↓，滞留时间↑，扩散↑ c. 扩散系数：D∝ ； Mr↑，B值↓ 3. 色谱分离的基本理论 3. 色谱分离的基本理论 3）传质阻力项— Cu 流动相的流速越快，传质阻力项Cu就越大，C称为传质阻力系数，为固定相传质阻力系数(Cs)和流动相传质阻力系数(Cm)之和，即C=Cs+Cm。 Cm是指组分分子从流动相移向固定相表面进行两相之间的质量交换时所受到的阻力。 Cs指组分分子由流动相进入固定相后，扩散到固定相内部，达到分配平衡后，又回到界面，再逸出，被流动相带走这一过程中所受到的阻力。 3. 色谱分离的基本理论 由于传质阻力的存在，组分不能在两相间瞬间达到平衡，结果使一些分子随流动相较快向前移动，另一些分子稍滞后，从而导致色谱峰变宽。 3. 色谱分离的基本理论 3. 色谱分离的基本理论 Cg：气相传质阻力系数 k：容量因子 df：液膜厚度 D1：组份在液相中扩散系数 Cl：液相传质阻力系数 对于气-液色谱 k：容量因子 dp：固定相颗粒直径 Dg：组分在气相中的扩散系数 3. 色谱分离的基本理论 4）载气流速与柱效-最佳流速 将相关参数代入上式，得 从速率理论简化式可以看出，A、B、Cg、C1各项系数与流速无关。唯一的变数为u。以板高按双曲线关系随线变化，曲线的最低称为最佳点，与此点对应的线速称为最佳线速（uopt），与此点对应的板高称为最小板高（Hmin）。μopt及Hmin可由速率方程求得。 3. 色谱分离的基本理论 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?, 右图曲线的右边。 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一极小值。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。 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? ，右图曲线的坐边。 2. 色谱的基本概念 （5）拖尾因子 又称为对称因子，用于衡量色谱峰的对称性。 W0.05为0.05倍峰高处的峰宽，A和B分别为在该处的色谱峰前沿与后沿和色谱峰定点至基线的垂线之间的距离。 2. 色谱的基本概念 3. 保留值 在固定相中溶解性能越好，或与固定相的吸附性越强的组分，在柱中的滞留时间越长，或者说将组分带出色谱柱所需的流动相体积越大。所以保留值可以用保留时间或相应的保留体积来描述。 色谱峰的位置用所对应组分峰的保留值表示，它反映了该组分迁移的速度，是该组分定性的依