分离工程第六章吸附和制备色谱
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（mol/g）；CM的单位为M。
CM
分离工程
吸附与制备色谱
Langmuir 吸附等温式
假定对于指定的吸附质分子 P， 吸附剂上的吸附位点 S 是以一对
一的方式进行可逆吸附，则吸附平衡关系可表示为
P S PS ；
K [PS] [ P][S ]
式中，K 是吸附平衡常数；[PS]=CS，[P]=CM，[S]+ [PS]=Q 是单位吸附
显然，只要色谱载体对溶质有吸附作用，VR将大于 V0。 为了便于测量，也常用保留时间 tR 而来表达溶质的保留参数， VR=FtR，其中 F 为流动相的体积流率。
分离工程
吸附与制备色谱
容量因子（分配比）
以上保留参数均与色谱柱的几何尺寸有关。为通用性 起见，可使用容量因子 k 作为保留参数
k VR V0 V0
(b)
n 6.28(tR hp )2
Ap
(c)
式中，hp 为峰高，Wb 为峰宽，W1/2 为半峰高处的
峰宽，Ap 为峰面积，见图。
分离工程
吸附与制备色谱
“等板高度”
理论板概念被广泛的应用于衡量 色谱柱性能的好坏。较大的板数意味着 较窄的色谱峰，即性能较好的柱。同时 被引入的还有等板高度(HETP)h 的概念
分离工程
吸附与制备色谱
流动相 加样
流动相 展开
流动相 洗脱
色谱过程示意图
常见的色谱分离方法是柱 色谱（柱层析）。在柱色谱中， 将固定相装填在一根管子（称 之为色谱柱）中，流动相则泵 送进入色谱柱。被分离的样品 被加到色谱柱的上游，随着流 动相向下游移动，依固定相对 不同组分分子的吸附能力从弱 到强，样品中的不同组分在色 谱柱中的移动速度由快到慢， 在色谱柱的下游按其流出顺序 分别加以收集，即可实现对样 品中不同组分的分离。
剂表面积（或单位吸附剂质量）上吸附位点的数量，称之为吸附剂的
吸附容量。从上式中解出 CS，可得
CS
QKCM 1 KCM
此即为著名的 Langmuir 吸附等温式。
分离工程
吸附与制备色谱
吸附的应用实例
C, mg/l
30.0 30℃有水 蒸汽影响
25.0 吸附曲线
20.0
15.0
10.0
5.0
容量因子的真实含义是指溶质在固定相（吸附剂）和 流动相之间的分配比，即
固定相中的溶质量 k 流动相中的溶质量
分离工程
吸附与制备色谱
a b
只有当两种不同物质的保留参数 不同时，才有可能实现它们之间的分 离。然而，色谱分离不仅与保留参数有 关。从左图可以看出，谱图 a 和 b 中两 种组分分别具有相同的保留值，但分离 效果却大不一样。谱图 a 具有陡峭的色 谱峰，因而两组分能得到完全的分离； 谱图 b 中的色谱峰较为平坦，两峰之间 有一定的重合，因而分离效果不好。为 此，必须对峰的宽度及其影响因素，亦 即色谱分离的分辨率，进行研究。
分离工程
吸附与制备色谱
吸附等温线
CS
吸附等温线是被吸附在吸
附 对其剂在（液固相定中相的）平上衡的浓溶度质浓CM的度标CS
绘，是该特定溶质在固定相和流 动相之间的分配平衡关系。其中
C的S用溶单质位的固摩定尔相数表表面示积（上mo被l/吸m2附），
或更方便地，用单位质量固定相 所吸附的溶质的摩尔数表示
h L n
式中 L 为柱的有效高度。显然，等板高 度 h 小意味着性能好的柱。
分离工程
吸附与制备色谱
组分分辨率
在一个复杂样品的色谱分离会出现大量的分离峰，其中任意一对峰的分
辨率 Rs 定义为两峰之间的距离和两个峰的平均峰宽之比
Rs
2(VR2 VR1 ) Wb2 Wb1
欲使两组分峰得到完全分离，Rs 应大于 1， Rs 小于 1 说明两峰之间有一
分离工程
吸附与制备色谱
色谱过程的流出曲线和保留参数
VR
V0
0
0
2
4
6
8
1 .5 .3 .2 .15
色谱过程可以用其流出曲线（色谱柱
出口溶质浓度对时间或洗脱体积的标绘）
来描述和保留参数来表示，见图。
Volume V0：整个柱中的流动相体积，称为滞液量。
k
VR：溶质从色谱柱一端进样开始直至其从
Rf
色谱柱另一端流出所需的流动相体积，称 为该溶质的保留体积。
分离工程
吸附与制备色谱
色谱柱的“理论塔板数”
为了对色谱柱的分离效果的好坏进行研究，引入
tR
“理论板数”n 的概念。这是一种经验性的描述方法。
由统计理论可以导出，理论板数 n 与色谱峰的形状有
如下关系
W1/2
hp hp
2
Wb
n 5.55( tR )2
W1/ 2
(a)
n 16( tR )2
Wb
分离工程
吸附与制备色谱
6.2 色谱分离的基本原理
色谱（层析）是一类分离技术的总称。在色谱分离 中，被分离物质的分子在两相（固定相和流动相）之 间分配，亲固定相的分子在系统中移动较慢，而亲流 动相的分子则随流动相较快地流出系统，从而实现了 不同物质之间的分离。固定相通常都是固体，流动相 （也称为洗脱相）则可以是气体或液体。如流动相是 液体（通常是水相缓冲液），称为液相色谱。
吸附与制备色谱
分 离 工 程 第七节 复杂精馏塔的计算
2007年11月
分离工程
吸附与制备色谱
分离工程
第六章 吸附与制备色谱
分离工程
吸附与制备色谱
目录
6.1吸附等温式 6.2色谱分离的基本原理 6.3新型吸附技术 6.4应用实例
分离工程
吸附与制备色谱
吸附
用固体吸附剂处理气体或液体混合物，将其中所 含的一种或几种组分吸附在固体表面上，从而实现混合 物的组分分离。常用的传统吸附剂有活性炭、活性白土、 硅藻土、硅胶、活性氧化铝、分子筛、合成树脂等。吸 附在工业上的主要用途有：气体和液体的深度干燥；食 品、药品等的脱色、脱臭；异构体分离；空气分离；废 水和废气处理等。
0
0
60 120 180 240 300 360 420
T, min
9
空气 1
8Hale Waihona Puke Baidu
6
5
4 3 2
7
10
11
14
12 15
13 抽真空
16
某化工厂在生产中用氯苯作溶剂， 由于氯苯在气相中的挥发造成污染，并 使溶剂损耗增加。后考虑采用吸附法回 收气相中的氯苯以减少对环境的污染。 为此开发了采用活性炭为吸附剂的吸附 流程，可使气相中的氯苯浓度从约 28 mg/L 减少到约 1.5 mg/L，并使生产中 溶剂损耗减少约三分之二。研究表明， 活性炭可吸附约相当与其装载质量 10 ％的氯苯，吸附饱和后的活性炭可用水 蒸气脱附后重复使用。
CM
分离工程
吸附与制备色谱
Langmuir 吸附等温式
假定对于指定的吸附质分子 P， 吸附剂上的吸附位点 S 是以一对
一的方式进行可逆吸附，则吸附平衡关系可表示为
P S PS ；
K [PS] [ P][S ]
式中，K 是吸附平衡常数；[PS]=CS，[P]=CM，[S]+ [PS]=Q 是单位吸附
显然，只要色谱载体对溶质有吸附作用，VR将大于 V0。 为了便于测量，也常用保留时间 tR 而来表达溶质的保留参数， VR=FtR，其中 F 为流动相的体积流率。
分离工程
吸附与制备色谱
容量因子（分配比）
以上保留参数均与色谱柱的几何尺寸有关。为通用性 起见，可使用容量因子 k 作为保留参数
k VR V0 V0
(b)
n 6.28(tR hp )2
Ap
(c)
式中，hp 为峰高，Wb 为峰宽，W1/2 为半峰高处的
峰宽，Ap 为峰面积，见图。
分离工程
吸附与制备色谱
“等板高度”
理论板概念被广泛的应用于衡量 色谱柱性能的好坏。较大的板数意味着 较窄的色谱峰，即性能较好的柱。同时 被引入的还有等板高度(HETP)h 的概念
分离工程
吸附与制备色谱
流动相 加样
流动相 展开
流动相 洗脱
色谱过程示意图
常见的色谱分离方法是柱 色谱（柱层析）。在柱色谱中， 将固定相装填在一根管子（称 之为色谱柱）中，流动相则泵 送进入色谱柱。被分离的样品 被加到色谱柱的上游，随着流 动相向下游移动，依固定相对 不同组分分子的吸附能力从弱 到强，样品中的不同组分在色 谱柱中的移动速度由快到慢， 在色谱柱的下游按其流出顺序 分别加以收集，即可实现对样 品中不同组分的分离。
剂表面积（或单位吸附剂质量）上吸附位点的数量，称之为吸附剂的
吸附容量。从上式中解出 CS，可得
CS
QKCM 1 KCM
此即为著名的 Langmuir 吸附等温式。
分离工程
吸附与制备色谱
吸附的应用实例
C, mg/l
30.0 30℃有水 蒸汽影响
25.0 吸附曲线
20.0
15.0
10.0
5.0
容量因子的真实含义是指溶质在固定相（吸附剂）和 流动相之间的分配比，即
固定相中的溶质量 k 流动相中的溶质量
分离工程
吸附与制备色谱
a b
只有当两种不同物质的保留参数 不同时，才有可能实现它们之间的分 离。然而，色谱分离不仅与保留参数有 关。从左图可以看出，谱图 a 和 b 中两 种组分分别具有相同的保留值，但分离 效果却大不一样。谱图 a 具有陡峭的色 谱峰，因而两组分能得到完全的分离； 谱图 b 中的色谱峰较为平坦，两峰之间 有一定的重合，因而分离效果不好。为 此，必须对峰的宽度及其影响因素，亦 即色谱分离的分辨率，进行研究。
分离工程
吸附与制备色谱
吸附等温线
CS
吸附等温线是被吸附在吸
附 对其剂在（液固相定中相的）平上衡的浓溶度质浓CM的度标CS
绘，是该特定溶质在固定相和流 动相之间的分配平衡关系。其中
C的S用溶单质位的固摩定尔相数表表面示积（上mo被l/吸m2附），
或更方便地，用单位质量固定相 所吸附的溶质的摩尔数表示
h L n
式中 L 为柱的有效高度。显然，等板高 度 h 小意味着性能好的柱。
分离工程
吸附与制备色谱
组分分辨率
在一个复杂样品的色谱分离会出现大量的分离峰，其中任意一对峰的分
辨率 Rs 定义为两峰之间的距离和两个峰的平均峰宽之比
Rs
2(VR2 VR1 ) Wb2 Wb1
欲使两组分峰得到完全分离，Rs 应大于 1， Rs 小于 1 说明两峰之间有一
分离工程
吸附与制备色谱
色谱过程的流出曲线和保留参数
VR
V0
0
0
2
4
6
8
1 .5 .3 .2 .15
色谱过程可以用其流出曲线（色谱柱
出口溶质浓度对时间或洗脱体积的标绘）
来描述和保留参数来表示，见图。
Volume V0：整个柱中的流动相体积，称为滞液量。
k
VR：溶质从色谱柱一端进样开始直至其从
Rf
色谱柱另一端流出所需的流动相体积，称 为该溶质的保留体积。
分离工程
吸附与制备色谱
色谱柱的“理论塔板数”
为了对色谱柱的分离效果的好坏进行研究，引入
tR
“理论板数”n 的概念。这是一种经验性的描述方法。
由统计理论可以导出，理论板数 n 与色谱峰的形状有
如下关系
W1/2
hp hp
2
Wb
n 5.55( tR )2
W1/ 2
(a)
n 16( tR )2
Wb
分离工程
吸附与制备色谱
6.2 色谱分离的基本原理
色谱（层析）是一类分离技术的总称。在色谱分离 中，被分离物质的分子在两相（固定相和流动相）之 间分配，亲固定相的分子在系统中移动较慢，而亲流 动相的分子则随流动相较快地流出系统，从而实现了 不同物质之间的分离。固定相通常都是固体，流动相 （也称为洗脱相）则可以是气体或液体。如流动相是 液体（通常是水相缓冲液），称为液相色谱。
吸附与制备色谱
分 离 工 程 第七节 复杂精馏塔的计算
2007年11月
分离工程
吸附与制备色谱
分离工程
第六章 吸附与制备色谱
分离工程
吸附与制备色谱
目录
6.1吸附等温式 6.2色谱分离的基本原理 6.3新型吸附技术 6.4应用实例
分离工程
吸附与制备色谱
吸附
用固体吸附剂处理气体或液体混合物，将其中所 含的一种或几种组分吸附在固体表面上，从而实现混合 物的组分分离。常用的传统吸附剂有活性炭、活性白土、 硅藻土、硅胶、活性氧化铝、分子筛、合成树脂等。吸 附在工业上的主要用途有：气体和液体的深度干燥；食 品、药品等的脱色、脱臭；异构体分离；空气分离；废 水和废气处理等。
0
0
60 120 180 240 300 360 420
T, min
9
空气 1
8Hale Waihona Puke Baidu
6
5
4 3 2
7
10
11
14
12 15
13 抽真空
16
某化工厂在生产中用氯苯作溶剂， 由于氯苯在气相中的挥发造成污染，并 使溶剂损耗增加。后考虑采用吸附法回 收气相中的氯苯以减少对环境的污染。 为此开发了采用活性炭为吸附剂的吸附 流程，可使气相中的氯苯浓度从约 28 mg/L 减少到约 1.5 mg/L，并使生产中 溶剂损耗减少约三分之二。研究表明， 活性炭可吸附约相当与其装载质量 10 ％的氯苯，吸附饱和后的活性炭可用水 蒸气脱附后重复使用。