高效液相色谱 优秀课件

2. 高效液相色谱的速率方程
H A BCu u
气相色谱速率方程和液相色谱速率方程的形式基本一致，主 要区别在液液色谱中纵向扩散项可忽略不计,影响柱效的主要因素 是传质阻力项。
(1) 涡流扩散项A
同于气相色谱
(2) 纵向扩散项Hb——可忽略
Hb
Cb
Dm u
分子在液相中 的扩散系数比
在气相中小 4~5数量级。
(2)、流动相传质阻力项（Hm）
流动的流动相中的传质
Hm
Cm
d
2 p
Dm
u
滞留的流动相中的传质
C m ： 与 k有 关 的 系 数 ； dp： 固 定 相 粒 度 ； D m ： 试 样 分 子 在 流 动 相 中 的 扩 散 系 数 。
H sm
Csm
d
2 p
Dm
u
Csm：为常数
使用细粒的固定相，粒度规则，并填充均匀，固定相孔径 大，可减小Hm，提高柱效。
(3) 传质阻力项 Cu
传质阻力项（Cu）包含固定相传质阻力项（Hs）和
流动相传质阻力项（Hm）
(1)、固定相传质阻力项
Hs
Cs
d
2 f
Ds
u
C s： 与 k有 关 的 系 数 ； df： 固 定 液 的 厚 度 ；
D s： 试 样 分 子 在 固 定 液 内 的 扩 散 系 数 。
减小Hs的措施：使用薄的固定相层，扩散系数大的固定液， 减小流动相的流速。
二、液相色谱与气相色谱的比较
液相色谱所用基本概念：保留值、塔板数、塔板高 度、分离度、选择性等与气相色谱一致。液相色谱所用 基本理论：塔板理论与速率方程也与气相色谱基本一致。
但由于在液相色谱中以液体代替气相色谱中的气体 作为流动相，而液体和气体的性质不相同；此外，液相 色谱所用的仪器设备和操作条件也与气相色谱不同，所 以，液相色谱与气相色谱有一定差别，主要有以下几方 面：
2、液相色谱能完成难度较高的分离工作
①气相色谱的流动相载气是色谱惰性的，不参与分配平 衡过程，与样品分子无亲和作用，样品分子只与固定相相互 作用。而在液相色谱中流动相液体也与固定相争夺样品分子， 为提高选择性增加了一个因素。也可选用不同比例的两种或 两种以上的液体作流动相，增大分离的选择性。
②液相色谱固定相类型多，如离子交换色谱和排阻色谱 等，作为分析时选择余地大；而气相色谱并不可能。
3. 范氏方程曲线（H-u曲线）
图３-１
问题：气相色谱与液相色谱的H-u曲线有何不同， 是什么原因造成的？
气相色谱的H-u曲线，塔板高度H随u呈双曲线变化，曲线 有一最低点，此时塔板高度最小，柱效最高，流速最佳。
液相色谱的H-u曲线通常是流速u降低，塔板高度H总是降 低，流动相流速增大，柱效平缓降低。出现这种情况主要 是由于液相的流动相为液体，其扩散系数很小，通常比气 体扩散系数小4-5个数量级，所以分子扩散项在低流速时也 不起多大作用，未出现板高增加现象。在高流速时，固定 相和流动相的传质都很快，传质阻力项小，故随H-u曲线 上升缓慢。
高效液相色谱
一、 高效液相色谱与经典液相色谱方法的比较
高压、高速、高速、高效、高灵敏度。 高压：是HPLC一个突出的特点，供液压力和进样压力可达 150-350×105 Pa 高速：HPLC采用高压输液设备，流速大大增加，分析速度 极快，只需数分钟；而经典方法靠重力加料，完成一次分 析需时数小时。 高效：填充物颗粒极细且规则，固定相涂渍均匀、传质阻 力小，因而柱效很高。可以在数分钟内完成数百种物质的 分离。 高灵敏度：检测器灵敏度极高：UV—10-9g, 荧光检测器— 10-11g。
但液相色谱尚缺乏通用的检测器，仪器比较复杂，价格昂 贵。在实际应用中，这两种色谱技术是互相补充的。
综上所述，高效液相色谱法具有高柱效、高选择性、分析速
度快、灵敏度高、重复性好、应用范围广等优点。结论：从色 谱分析的发展来看，HPLC比GC更为有用、更具发展前途！
§4-2 影响色谱峰扩展及色谱分离的因素
③ 液相色谱通常在室温下操作，较低的温度，一般有利 于色谱分离条件的选择。
3、由于液体的扩散性比气体的小105倍，因此，溶质在液相
中的传质速率慢，柱外效应对柱效的影响较大；而在气相色谱 中，柱外区域扩张可以忽略不计。
4、液相色谱中制备样品简单，回收样品也比较容易，而且回
收是定量的，适合于大量制备。
n2
二、速率理论（与GC对比）
1. 气相色谱 H A B / u C u （填充柱）
或 H B / u C u （毛细管柱）
A 2 dp
A dp
使用细粒的固定相并填充均匀可减小A，提高柱效。
B 2 Dm 2 Dg
B tR ，B Dg
Dg
T
或Dg
T M
高效液相色谱速率理论公式可写为:
H A B Cu u
2d p
Cd Dm u
Csd Ds
2 f
Cm
d
2 p
Dm
Csmd
2 p
Dm
u
结论(提高柱效的措施)：提高柱内填料装填的均匀性和减小 粒度以加快传质速率；选用低黏度的流动相，或适当提高柱 温以降低流动相黏度，都有利于提高传质速率；降低流动相 流速可降低传质阻力相的影响，但又会使纵向扩散增加并延 长分析时间。
减小B值，提高柱效的措施：使用分子量较大的载气，
增加载气流速，降低温度，增大柱压。
一般采用表面积较大的载 体来降低液膜厚度。应控 制适宜的柱温。
C
Cg
CI
0.01k 2 (1 k)2
d
2 p
Dg
2k 3 (1 k)2
d
2 f
Dl
采用粒度小的填充物和相对分 子质量小的气体（如氢气）做 载气，可使Cg减小，提高柱效。
基础 热力学理论：塔板理论——平衡理论 理论 动力学理论：速率理论——Vander方程
一、塔板理论
H理 L / n理
n理
(tR
)2
5.54( tR Y1 2
)2
16(tR Y
)2
Heff L / neff
neff
5.54( tR' )22 Y1 2
16(tR' ) Y
k
t
' R
tM
neff
1、应用范围不同
气相色谱仅能分析在操作温度下能气化而不分解的物质。 对高沸点化合物、非挥发性物质、热不稳定化合物、离子型化 合物及高聚物的分离、分析较为困难。致使其应用受到一定程 度的限制，据统计只有大约20%的有机物能用气相色谱分析；
而液相色谱则不受样品挥发度和热稳定性的限制，它非常 适合分子量较大、难气化、不易挥发或对热敏感的物质、离子 型化合物及高聚物的分离分析，大约占有机物的70 ~ 80%。