(优选)色层分离法
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
从柱底流出的流动相为空白溶剂，故在色谱图上从 进用中样利到用柱与中流溶动剂相流性出质柱相的近时，间在为色死谱时柱间上tD。无实保际留的应 溶质通过色谱柱的时间来测定。
tD
H U
H：色谱柱固定相总高 U：溶剂（流动相）的移动速度
（ⅱ）保留时间tR：
tR 为 溶 质 通 过 色 谱 柱 所 需 时 间 ， UX 为 溶 质 谱 带平均移动速度。
VR小的组分色谱峰高且窄, VR大的组分色谱峰低且宽.
2）理论塔板数与理论塔板高度 色谱峰呈高斯曲线分布 高斯曲线峰的区域宽度可用标准偏差度量
W 4 4VR
N
N 16(VR )2 W
W可以用时间、体积、距离表示。
N 16( VR )2 16( t R )2 16( X )2
WV
Wt
Wx
术语: （1）峰高h （2）峰区域宽度
①标准偏差 ②半峰高宽度 ③峰底宽 ④峰面积
2xi 2
2x 2.354 1 2 W 4
§ 4.2.3 保留值
保留值反映了溶质与固定相作用力的大小，是
色谱过程热力学特性的重要参数。通常用保留时间 和保留体积表示。
1.比移值
溶质谱带平均迁移速度UX小于流动相迁移速度U，定义 UX与U之比值为比移值Rf.
（优选）色层分离法
§ 4.2.2 色谱图
色谱图:由于不等速迁移，各组分随流动相流出色谱柱，同时 所形成的连续色谱峰, 称为色谱图.
分配等温线
图4－1 不同类型的等温线及其对应的流出色谱峰
• 色谱图描述了组分在柱出口流动相中的浓 度分布，它的基本特征为:
（ⅰ）每一组分有一对应的色谱峰 （ⅱ）色谱峰宽度与组分洗出时间一般呈线性关系
e 1
N 2
( VR Vm VR
)
2
即洗出的溶质浓度最大.
1
C max
( N )2
2
M VR
Cmax－洗出的最大溶质浓度
由上式可得出如下结论：
（ⅰ）Cmax与M成正比，M越大Cmax越大 （ⅱ）Cmax与N成正比，VR一定，N越多Cmax越大 （ⅲ）Cmax与VR成反比，M与N一定，VR越小Cmax 越大。 即
3.淋洗色谱流出曲线方程
1）色谱流出曲线方程:
C
(N
2
) .e 1 2
N ( VR VM ）2
2
VR
M
VR
C－色层柱洗出溶质的浓度;N－理论塔板数;VR－保留 体积;Vm－流动相体积; M－待分离溶质量 .
表示色层柱洗出溶质的浓度随流动相体积变化的方程 式，即洗出溶质的浓度变化曲线，或溶质的分布密度曲 线。当Vm＝VR时：
Rf
溶质谱带平均移动速度 溶剂（流动相）的移动 速度
UX U
– R律f代得表知了，溶溶质质在分流子动在相流中动的相停中留停时留间时分间数分。数从等统于溶计质学分规 子瞬间分布在流动相中的总分子分数。
Rf
UX U
nm ns nm
1 1 k
2. 保留时间
（ⅰ）死时间（tD） 溶剂不与固定相作用，故其流速比溶质大，开始
图4－4 Martin塔板模型
Martin理论假设：
（ⅰ）色层柱内径及柱内填料填充均匀。想象将色层柱切割 成无数等高小池，每一小池称为一个理论塔板，当小池 高h足够小时，小池中两相浓度是均匀的，此时如图4－4 （a）所示，小池内的平均浓度等于小池中心浓度。两相 浓度达到平衡。
（ⅱ）流动相以线速度U向下移动，假设一观察者以速度向 下移动（图4－4（b））。实际结果相当于固相向上移动， 流动相向下移动（图4－4（c）），因而色层分离变成类 似于精馏塔中液相向下运动，汽相向上运动的情况。
VR＝VD（1＋k）
§ 4.2.4 相对保留值与选择性系数
两组分调整保留值之比为相对保留值，以α表示
ห้องสมุดไป่ตู้
t, R2
t, R1
因为t,R＝tR－tD＝tD（1＋k）－tD＝ktD
则
t, R2
V' R2
k2
t, R1
V' R1
k1
保留值之比称为选择性系数，以 ,表示：
' tR2 1 k2
tR1 1 k1
tR
H UX
（ⅲ）调整保留时间
溶质通过色谱柱的保留时间包括它在流动相和 固定相所消耗的时间。各组分在流动相消耗的时间 基本相同，因而定义溶质在固定相上的滞留时间为 调整保留时间，以tR，表示
tR，＝tR－tD
（ⅳ）分配容量k与保留时间的关系
tR
H UX
tD
H U
∴ tRUX＝tDU
tR
t DU UX
色层柱高为H，故理论塔板高度h＝H／N。
4、平衡塔板理论的评价
成功之处在于: （ⅰ）初步揭示了色层分离的真实过程，导出了色谱流 出曲线方程，初步阐明了溶质分布随流经色谱柱流动 相体积的变化规律。 （ⅱ）证明了淋洗色谱流出曲线经过足够的塔板后接近 高斯分布，对淋洗色谱图的各组分的色谱峰“前矮而 宽，后高而窄”的特点作了合理解释。 （ⅲ）证明了排代色谱的排代曲线接近双对数曲线。 （ⅳ）导出了理论塔板数的计算公式，形象而定量描述 色谱柱的柱效，为其它理论的产生与发展奠定了基础。
（ⅲ）溶质在各塔板上的分配系数是一个常数，与溶质在 每个塔板上的量无关，即呈线性分配等温线。
2.排代法界面公式
谱带达到稳定状态后的色谱过程就相当于全回流的精馏过 程。
(X A)m (1 X A ) m
( X A ) m1 (1 X A ) m1
B A
h
lg B A
H lg Po Pn
离开第零级的水相中A对B的摩尔份数比为P0；离开第N 级水相中A对B的摩尔份数比为Pn.
主要不足之处在于: 实际过程很难达到真正的平衡,与它的基本假设有出入，
因而对影响色谱峰展开的一些因素如涡流扩散、分子扩 散均未考虑，因而使理论与实际情况发生偏离。
因 t R2 t R1，且 ,与 总是大于1， ,与 越大，柱子的
选择性越高。
§4.3 基本理论
§ 4.3.1 平衡塔板理论 （Martin塔板理论） 1.基本假设
实际情况:流动相在色层柱内 不断向下移动时，组分在两相间 发生分配，此时柱内的组分浓度 在两相中的变化是连续的，分配 是不平衡的。
tR
tD UX
tD 1
t D (1 k)
U 1 k
3. 保留体积
保留体积＝保留时间×流动相体积流速
因此同样有下述一系列关系：
（ⅰ）死体积VD VD＝tD·Q Q－流动相体积流速
（ⅱ）保留体积VR VR＝tR·Q
（ⅲ）调整保留体积VR，
VR，＝（tR－tD）·Q＝VR－VD
（ⅳ）保留体积与分配容量关系
tD
H U
H：色谱柱固定相总高 U：溶剂（流动相）的移动速度
（ⅱ）保留时间tR：
tR 为 溶 质 通 过 色 谱 柱 所 需 时 间 ， UX 为 溶 质 谱 带平均移动速度。
VR小的组分色谱峰高且窄, VR大的组分色谱峰低且宽.
2）理论塔板数与理论塔板高度 色谱峰呈高斯曲线分布 高斯曲线峰的区域宽度可用标准偏差度量
W 4 4VR
N
N 16(VR )2 W
W可以用时间、体积、距离表示。
N 16( VR )2 16( t R )2 16( X )2
WV
Wt
Wx
术语: （1）峰高h （2）峰区域宽度
①标准偏差 ②半峰高宽度 ③峰底宽 ④峰面积
2xi 2
2x 2.354 1 2 W 4
§ 4.2.3 保留值
保留值反映了溶质与固定相作用力的大小，是
色谱过程热力学特性的重要参数。通常用保留时间 和保留体积表示。
1.比移值
溶质谱带平均迁移速度UX小于流动相迁移速度U，定义 UX与U之比值为比移值Rf.
（优选）色层分离法
§ 4.2.2 色谱图
色谱图:由于不等速迁移，各组分随流动相流出色谱柱，同时 所形成的连续色谱峰, 称为色谱图.
分配等温线
图4－1 不同类型的等温线及其对应的流出色谱峰
• 色谱图描述了组分在柱出口流动相中的浓 度分布，它的基本特征为:
（ⅰ）每一组分有一对应的色谱峰 （ⅱ）色谱峰宽度与组分洗出时间一般呈线性关系
e 1
N 2
( VR Vm VR
)
2
即洗出的溶质浓度最大.
1
C max
( N )2
2
M VR
Cmax－洗出的最大溶质浓度
由上式可得出如下结论：
（ⅰ）Cmax与M成正比，M越大Cmax越大 （ⅱ）Cmax与N成正比，VR一定，N越多Cmax越大 （ⅲ）Cmax与VR成反比，M与N一定，VR越小Cmax 越大。 即
3.淋洗色谱流出曲线方程
1）色谱流出曲线方程:
C
(N
2
) .e 1 2
N ( VR VM ）2
2
VR
M
VR
C－色层柱洗出溶质的浓度;N－理论塔板数;VR－保留 体积;Vm－流动相体积; M－待分离溶质量 .
表示色层柱洗出溶质的浓度随流动相体积变化的方程 式，即洗出溶质的浓度变化曲线，或溶质的分布密度曲 线。当Vm＝VR时：
Rf
溶质谱带平均移动速度 溶剂（流动相）的移动 速度
UX U
– R律f代得表知了，溶溶质质在分流子动在相流中动的相停中留停时留间时分间数分。数从等统于溶计质学分规 子瞬间分布在流动相中的总分子分数。
Rf
UX U
nm ns nm
1 1 k
2. 保留时间
（ⅰ）死时间（tD） 溶剂不与固定相作用，故其流速比溶质大，开始
图4－4 Martin塔板模型
Martin理论假设：
（ⅰ）色层柱内径及柱内填料填充均匀。想象将色层柱切割 成无数等高小池，每一小池称为一个理论塔板，当小池 高h足够小时，小池中两相浓度是均匀的，此时如图4－4 （a）所示，小池内的平均浓度等于小池中心浓度。两相 浓度达到平衡。
（ⅱ）流动相以线速度U向下移动，假设一观察者以速度向 下移动（图4－4（b））。实际结果相当于固相向上移动， 流动相向下移动（图4－4（c）），因而色层分离变成类 似于精馏塔中液相向下运动，汽相向上运动的情况。
VR＝VD（1＋k）
§ 4.2.4 相对保留值与选择性系数
两组分调整保留值之比为相对保留值，以α表示
ห้องสมุดไป่ตู้
t, R2
t, R1
因为t,R＝tR－tD＝tD（1＋k）－tD＝ktD
则
t, R2
V' R2
k2
t, R1
V' R1
k1
保留值之比称为选择性系数，以 ,表示：
' tR2 1 k2
tR1 1 k1
tR
H UX
（ⅲ）调整保留时间
溶质通过色谱柱的保留时间包括它在流动相和 固定相所消耗的时间。各组分在流动相消耗的时间 基本相同，因而定义溶质在固定相上的滞留时间为 调整保留时间，以tR，表示
tR，＝tR－tD
（ⅳ）分配容量k与保留时间的关系
tR
H UX
tD
H U
∴ tRUX＝tDU
tR
t DU UX
色层柱高为H，故理论塔板高度h＝H／N。
4、平衡塔板理论的评价
成功之处在于: （ⅰ）初步揭示了色层分离的真实过程，导出了色谱流 出曲线方程，初步阐明了溶质分布随流经色谱柱流动 相体积的变化规律。 （ⅱ）证明了淋洗色谱流出曲线经过足够的塔板后接近 高斯分布，对淋洗色谱图的各组分的色谱峰“前矮而 宽，后高而窄”的特点作了合理解释。 （ⅲ）证明了排代色谱的排代曲线接近双对数曲线。 （ⅳ）导出了理论塔板数的计算公式，形象而定量描述 色谱柱的柱效，为其它理论的产生与发展奠定了基础。
（ⅲ）溶质在各塔板上的分配系数是一个常数，与溶质在 每个塔板上的量无关，即呈线性分配等温线。
2.排代法界面公式
谱带达到稳定状态后的色谱过程就相当于全回流的精馏过 程。
(X A)m (1 X A ) m
( X A ) m1 (1 X A ) m1
B A
h
lg B A
H lg Po Pn
离开第零级的水相中A对B的摩尔份数比为P0；离开第N 级水相中A对B的摩尔份数比为Pn.
主要不足之处在于: 实际过程很难达到真正的平衡,与它的基本假设有出入，
因而对影响色谱峰展开的一些因素如涡流扩散、分子扩 散均未考虑，因而使理论与实际情况发生偏离。
因 t R2 t R1，且 ,与 总是大于1， ,与 越大，柱子的
选择性越高。
§4.3 基本理论
§ 4.3.1 平衡塔板理论 （Martin塔板理论） 1.基本假设
实际情况:流动相在色层柱内 不断向下移动时，组分在两相间 发生分配，此时柱内的组分浓度 在两相中的变化是连续的，分配 是不平衡的。
tR
tD UX
tD 1
t D (1 k)
U 1 k
3. 保留体积
保留体积＝保留时间×流动相体积流速
因此同样有下述一系列关系：
（ⅰ）死体积VD VD＝tD·Q Q－流动相体积流速
（ⅱ）保留体积VR VR＝tR·Q
（ⅲ）调整保留体积VR，
VR，＝（tR－tD）·Q＝VR－VD
（ⅳ）保留体积与分配容量关系