气相色谱分析中分解
合集下载
- 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)。
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。
注:颗粒太小, 柱压过高且不易 填充均匀。
空心毛细管柱 ( 0.1~0.5mm ) , A=0,n理较高
B/u —分子扩散项, 也称纵向扩散项
)2
d f 2 ]
Dl
范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。 它可以说明,填充均匀程度、担体粒度、载气种类、 载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩 张的影响。
讨论
A,B/u,Cu越小,柱效率越高。改善柱效率的因素有 如下几点:
(1)选择颗粒较小的均匀填料。
(2)在固定液保持适当粘度的前提下,选用较低的柱温操 作。
Cu —传质项
被测组分由于浓度不均匀而发生物质迁移过程,
称为传质过程,传质过程所遇到的阻力,称为传质
阻力。传质阻力系数C包括气相传质阻力系数Cg和
液相传质阻力系数CL即: C =(Cg + CL)
☆气相传质阻力系数(Cg)
Cg
0.01k 2 (1 k)2
d
2 p
Dg
气相传质阻力就是组分分子从气相到气液两 相界面进行传质交换时的阻力。
(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)做出了四个与实际不相符的假设,忽略了组分在两相中 传质和扩散的动力学过程。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)排除了一个重要参数——流动相的线速度u,因而塔板理 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的因素及提高柱效的途径。
B 2 Dg
:因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因素-弯曲因子
Dg:试样组分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(产生原因); (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 ∝(M载气)-1/2 ; M载气↑,B值↓。
色谱柱长:L 虚拟的塔板间距离:H 色谱柱的理论塔板数:n 三者的关系为:
描述柱效 能的指标
n=L/H
理论塔板数与色谱参数之间的关系为:
n理
5.54( tR Y1/ 2
)2
16(tR Y
)2
色谱峰越窄,塔板数越多,理论塔板高度越小, 柱效能越高
用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
有效塔板数和有效塔板高度
k (1 k )2
d
2 f
Dl
k为容量因子; Dg 、Dl为扩散系数;df为固定相的液膜厚度 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
对于填充柱,气相传质项数值小,可以忽略 。
将常数项的关系式代入简化式得:
H
2d p
2Dg
[
0.01k 2 (1 k)2
d p2 Dg
2 3
(1
k k
(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。
气相色谱分析理论基础
二、色谱分离的基本理论
试样在色谱柱中的分离需要解决两个问题: 1. 试样各组分在两相间的分配-反映在各个色谱峰在柱后出现 的时间(保留值)上。 (热力学因素控制,包括组分和固定液的结构和性质) 2. 各组分在色谱柱中的运动情况-反映在半峰宽度上。 (动力学因素控制,包括两相中的运动阻力,扩散)
色谱理论需要解决的问题: 色谱分离过程的热力学和动力学问题。
两种色谱理论: 塔板理论和速率Байду номын сангаас论。
1. 塔板理论
——柱分离效能指标
半经验理论 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程,将连续的
色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 (类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程)
塔板理论的假设: (1)在每一个平衡过程间隔内,平衡可以迅速达 到,达到分配平衡的每一小段柱长为理论塔板 高度(H); (2) 将载气看作成脉动(间歇)过程; (3) 样品和载气均加在第0号塔板上,且试样沿 色谱柱方向的扩散可忽略; (4) 每次分配的分配系数相同。
(3)用最低实际浓度的固定液,降低担体表面液层的厚度。
(4)选用合适的载气:流速较小时,分子扩散项成为色谱 峰扩张的主要因素,宜用相对分子质量较大的载气;流 速较大时,传质项为控制因素,宜用相对分子质量较小 的载气。
(5)选择最合适的载气流速。
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展宽、柱效下降的主要原因。
2. 速率理论(rate theory)——影响柱效的因素
1) 速率方程(也称范弟姆特方程式):吸收了塔 板理论的概念,结合了影响塔板高度的动力学因素
H A B Cu u
减小A、B、C三项可提高柱效; 存在着最佳流速; A、B、C三项各与哪些因素有关?
A─涡流扩散项
涡流扩散项A的大小,与填充物的平均颗粒直径dp(单位 为cm)有关,也与固定相填充不均匀因子λ有关
• 组分在tM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:
n理
5.54( tR )2 Y1/ 2
16(tR Y
)2
n有效
5.54( tR' Y1/ 2
)2
16( tR' Y
)2
L H有效 n有效
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,所 得色谱峰越窄。它成功解释了色谱流出曲线的形状和浓度极 大值对应的tR ,阐明了保留值与K的关系,评价柱效(n,σ)
传质阻力系数Cg的大小,与填充物的平均颗 粒直径dp(单位为cm)、组分在气体中的扩散 系数Dg和分配比k有关
液相传质过程是组分从固定相的气—液界面扩散到液 相内部,然后又从液相内部扩散到气液两相界面的质 量转移过程。
CL的大小与分配比k、固定相液膜的厚度df、组分在
液相的扩散系数DL有关:
CL
2 3
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。
注:颗粒太小, 柱压过高且不易 填充均匀。
空心毛细管柱 ( 0.1~0.5mm ) , A=0,n理较高
B/u —分子扩散项, 也称纵向扩散项
)2
d f 2 ]
Dl
范弟姆特方程式对于分离条件的选择具有指导意义。 它可以说明,填充均匀程度、担体粒度、载气种类、 载气流速、柱温、固定相液膜厚度等对柱效、峰扩 张的影响。
讨论
A,B/u,Cu越小,柱效率越高。改善柱效率的因素有 如下几点:
(1)选择颗粒较小的均匀填料。
(2)在固定液保持适当粘度的前提下,选用较低的柱温操 作。
Cu —传质项
被测组分由于浓度不均匀而发生物质迁移过程,
称为传质过程,传质过程所遇到的阻力,称为传质
阻力。传质阻力系数C包括气相传质阻力系数Cg和
液相传质阻力系数CL即: C =(Cg + CL)
☆气相传质阻力系数(Cg)
Cg
0.01k 2 (1 k)2
d
2 p
Dg
气相传质阻力就是组分分子从气相到气液两 相界面进行传质交换时的阻力。
(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)做出了四个与实际不相符的假设,忽略了组分在两相中 传质和扩散的动力学过程。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)排除了一个重要参数——流动相的线速度u,因而塔板理 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的因素及提高柱效的途径。
B 2 Dg
:因载体填充在柱内而引起气体扩散路径弯曲的因素-弯曲因子
Dg:试样组分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(产生原因); (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 ∝(M载气)-1/2 ; M载气↑,B值↓。
色谱柱长:L 虚拟的塔板间距离:H 色谱柱的理论塔板数:n 三者的关系为:
描述柱效 能的指标
n=L/H
理论塔板数与色谱参数之间的关系为:
n理
5.54( tR Y1/ 2
)2
16(tR Y
)2
色谱峰越窄,塔板数越多,理论塔板高度越小, 柱效能越高
用不同物质计算可得到不同的理论塔板数。
有效塔板数和有效塔板高度
k (1 k )2
d
2 f
Dl
k为容量因子; Dg 、Dl为扩散系数;df为固定相的液膜厚度 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
对于填充柱,气相传质项数值小,可以忽略 。
将常数项的关系式代入简化式得:
H
2d p
2Dg
[
0.01k 2 (1 k)2
d p2 Dg
2 3
(1
k k
(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。
气相色谱分析理论基础
二、色谱分离的基本理论
试样在色谱柱中的分离需要解决两个问题: 1. 试样各组分在两相间的分配-反映在各个色谱峰在柱后出现 的时间(保留值)上。 (热力学因素控制,包括组分和固定液的结构和性质) 2. 各组分在色谱柱中的运动情况-反映在半峰宽度上。 (动力学因素控制,包括两相中的运动阻力,扩散)
色谱理论需要解决的问题: 色谱分离过程的热力学和动力学问题。
两种色谱理论: 塔板理论和速率Байду номын сангаас论。
1. 塔板理论
——柱分离效能指标
半经验理论 将色谱分离过程比拟作蒸馏过程,将连续的
色谱分离过程分割成多次的平衡过程的重复 (类似于蒸馏塔塔板上的平衡过程)
塔板理论的假设: (1)在每一个平衡过程间隔内,平衡可以迅速达 到,达到分配平衡的每一小段柱长为理论塔板 高度(H); (2) 将载气看作成脉动(间歇)过程; (3) 样品和载气均加在第0号塔板上,且试样沿 色谱柱方向的扩散可忽略; (4) 每次分配的分配系数相同。
(3)用最低实际浓度的固定液,降低担体表面液层的厚度。
(4)选用合适的载气:流速较小时,分子扩散项成为色谱 峰扩张的主要因素,宜用相对分子质量较大的载气;流 速较大时,传质项为控制因素,宜用相对分子质量较小 的载气。
(5)选择最合适的载气流速。
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展宽、柱效下降的主要原因。
2. 速率理论(rate theory)——影响柱效的因素
1) 速率方程(也称范弟姆特方程式):吸收了塔 板理论的概念,结合了影响塔板高度的动力学因素
H A B Cu u
减小A、B、C三项可提高柱效; 存在着最佳流速; A、B、C三项各与哪些因素有关?
A─涡流扩散项
涡流扩散项A的大小,与填充物的平均颗粒直径dp(单位 为cm)有关,也与固定相填充不均匀因子λ有关
• 组分在tM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:
n理
5.54( tR )2 Y1/ 2
16(tR Y
)2
n有效
5.54( tR' Y1/ 2
)2
16( tR' Y
)2
L H有效 n有效
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,所 得色谱峰越窄。它成功解释了色谱流出曲线的形状和浓度极 大值对应的tR ,阐明了保留值与K的关系,评价柱效(n,σ)
传质阻力系数Cg的大小,与填充物的平均颗 粒直径dp(单位为cm)、组分在气体中的扩散 系数Dg和分配比k有关
液相传质过程是组分从固定相的气—液界面扩散到液 相内部,然后又从液相内部扩散到气液两相界面的质 量转移过程。
CL的大小与分配比k、固定相液膜的厚度df、组分在
液相的扩散系数DL有关:
CL
2 3