第16章色譜分析法課件

第二節(jié)色譜過程的基本原理

一.色譜過程：組分分子在流動(dòng)相和固定相間多次分配的過程.由于各組分的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)不同,與固定相作用的類型和強(qiáng)度不同,在固定相上滯留的時(shí)間不同,隨流動(dòng)相移動(dòng)的速度有差異——差速遷移,從而達(dá)到分離的目的。圖16－2

返回2023/9/6第二節(jié)色譜過程的基本原理一.色譜過程：圖16－2返12023/9/62023/8/32

在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間所達(dá)到的平衡叫分配平衡，組分在兩相中的分配行為常采用分配系數(shù)K和容量因子k來表示。（一）分配系數(shù)和容量因子三．分配系數(shù)與色譜分離1、分配系數(shù)K(濃度分配系數(shù))組分在固定相中的濃度K==Cs/Cm組分在流動(dòng)相中的濃度K隨T變化，與固定相、流動(dòng)相的體積無關(guān)。2023/9/6在一定溫度下，組分在流動(dòng)相和固定相之間所達(dá)到的平衡叫分配平衡32容量因子：

分配系數(shù)與容量因子的關(guān)系k=CsVs

/CmVm=KVs/Vm2023/9/62容量因子：分配系數(shù)與容量因子的關(guān)系2023/8/34（二）K和k與tR的關(guān)系u：流動(dòng)相的速度;v：組分移動(dòng)速度

R’=v/u(保留比)

∵v＝L/tR

u=L/t0∴R’=t0/tR

t0≈tmtR=tm+tsR’=tm/(tm+ts)=Nm/(Nm+Ns)=CmVm/(CmVm+CsVs)=1/(1+k)tR=t0/R’=t0(1+k)=t0(1+KVs/Vm)色譜過程方程K大的組分保留時(shí)間長(zhǎng)。

k=tR/t0-1=(tR-t0)/t0=tR’/t0

k大，保留時(shí)間長(zhǎng)。2023/9/6（二）K和k與tR的關(guān)系5(三）色譜分離的前提

tR=t0(1+KVs/Vm)兩組分A和B經(jīng)色譜柱分離

△tR＝

tRA－tRB＝t0(KA-KB)Vs/Vm

=t0(kA-kB)

分離前提：kA≠kB2023/9/6(三）色譜分離的前提2023/8/36主要內(nèi)容第一節(jié)

色譜法分類

第二節(jié)

色譜過程的基本原理第三節(jié)色譜法的基本類型及分離機(jī)制

第四節(jié)色譜法基本理論

2023/9/6主要內(nèi)容2023/8/37分配色譜法吸附色譜離子交換空間排阻其它第三節(jié)色譜法的基本類型及分離機(jī)制2023/9/6第三節(jié)色譜法的基本類型及分離機(jī)制2023/8/381原理：利用被分離組分在固定相或者流動(dòng)相中的溶解度差別實(shí)現(xiàn)分離。(GL,LL)K＝Cs/Cm＝(ms/Vs)×(Vm/mm)分配色譜法2固定相：惰性載體上的薄層液體——固定液；化學(xué)鍵合相

流動(dòng)相：氣體(GL)：H2、N2液體(LL)：甲醇、乙腈、己烷等

正相色譜：固定相極性大于流動(dòng)相極性

反相色譜：固定相極性小于流動(dòng)相極性3流出順序：氣相色譜－－與組分沸點(diǎn)、組分和固定相的極性有關(guān)液相分配色譜－－正相色譜：弱極性組分先流出反相色譜：強(qiáng)極性組分先流出2023/9/61原理：利用被分離組分在固定相或者流動(dòng)相中的9

1機(jī)制：利用被分離組分對(duì)固定相表面吸附中心吸附能力的差別實(shí)現(xiàn)分離（GS、LS）。分離過程就是組分分子與流動(dòng)相分子爭(zhēng)奪吸附劑表面活性中心的過程——競(jìng)爭(zhēng)吸附。二.吸附色譜

Xm＋nYaXa＋nYm

[Xa][Ym]n[Xa]

吸附系數(shù)

Ka＝Ka

≈

[Xm][Ya]n[Xm]tR＝t0（1＋KSa/Vm）2023/9/61機(jī)制：利用被分離組分對(duì)固定相表面吸附中心吸附能力的102固定相和流動(dòng)相：

s：吸附劑，多孔微粒。表面有吸附中心。eg:硅膠表面的硅醇基為吸附中心。

m：極性大，洗脫能力強(qiáng)。

ε0表示溶劑強(qiáng)度：溶劑分子在單位吸附劑表面上的吸附自由能。

ε0大，吸附能力強(qiáng)，洗脫能力強(qiáng)。3流出順序

①組分分子的競(jìng)爭(zhēng)力②組分分子與吸附劑的作用力③組分在流動(dòng)相中的溶解度

2023/9/62固定相和流動(dòng)相：3流出順序2023/8/311三．離子交換1原理：利用被分離組分離子交換能力的差別實(shí)現(xiàn)分離。陽(yáng)離子交換色譜分離機(jī)制．（H＋）。當(dāng)流動(dòng)相攜帶組分的正離子如Na＋出現(xiàn)時(shí)，與H＋發(fā)生交換反應(yīng)．當(dāng)樹脂上所有可交換的H＋均被交換后，樹脂失去恬性，此時(shí)，若用稀酸溶液對(duì)樹脂進(jìn)行處理，Na＋就被高濃度的H＋置換（洗脫）下來,樹脂的交換能力又被恢復(fù)．這一過程稱為樹脂的再生。SO3－H＋Na＋H＋樹脂骨架樹脂表面的負(fù)離子（為不可交換離子）交換——洗脫——再交換——再洗脫正離子（為可交換離子）2023/9/6三．離子交換1原理：利用被分離組分離子交換能力的差別實(shí)現(xiàn)分12選擇性系數(shù)KA/B是衡量離子對(duì)樹脂親和能力相對(duì)大小的度量，KA/B越大，說明A的交換能力大．越易保留。常選擇某種離子（如H或CI-）作參考．測(cè)定一系列離子的選擇性參數(shù)。交換與再生過程可用下式表示2023/9/6選擇性系數(shù)KA/B是衡量離子對(duì)樹脂親和能力相對(duì)大小的度量，132流動(dòng)相、固定相

固定相：離子交換劑（離子交換樹脂）化學(xué)鍵合離子交換劑流動(dòng)相：一定pH和離子強(qiáng)度的緩沖液。

有機(jī)溶劑可提高選擇性。2023/9/62流動(dòng)相、固定相固定相：離子交換劑（離子交換樹脂）202143影響保留行為的因素

受被分離離子、離子交換劑、流功動(dòng)相的性質(zhì)等的影響，

①組分性質(zhì)：溶質(zhì)離子的電荷、水合離子半徑

價(jià)態(tài)高，選擇系數(shù)大；同價(jià)態(tài)陽(yáng)離子，水合離子半徑大，選擇系數(shù)小。

2023/9/63影響保留行為的因素

受被分離離子、離子交換劑、流功動(dòng)15②流動(dòng)相的組成和pH值：交換能力強(qiáng)的離子組成的流動(dòng)相有較強(qiáng)的洗脫能力強(qiáng)，保留值降低。強(qiáng)離子交換樹脂的交換能力在很寬的范圍內(nèi)不隨流動(dòng)相的pH變化，調(diào)節(jié)pH值的作用主要體現(xiàn)在對(duì)弱電解質(zhì)離解的控制，溶質(zhì)的離解受到抑制則保留時(shí)間變短。弱離子交換樹脂的交換能力在某一pH有極大值．2023/9/6②流動(dòng)相的組成和pH值：交換能力強(qiáng)的離子組成的流動(dòng)相有較161原理：根據(jù)被分離組分分子的線團(tuán)尺寸進(jìn)行分離凝膠色譜法:按流動(dòng)相的不同分為兩類以有機(jī)溶劑為流動(dòng)相者稱為凝膠滲透色譜法;

以水溶液為流動(dòng)相者稱為凝膠過濾色譜法。四．空間排阻：

凝膠色譜法的分離機(jī)制與前三種色譜法完全不同，它只取決于凝膠的孔徑大小與被分離組分線團(tuán)尺寸之間的關(guān)系，與流動(dòng)相的性質(zhì)無關(guān)。2023/9/61原理：根據(jù)被分離組分分子的線團(tuán)尺寸進(jìn)行分離四．空間排阻17

滲透系數(shù)Kp=[Xs]/[X]m0＜K＜1滲透系數(shù)的大小只由溶質(zhì)分子的線團(tuán)尺寸和凝膠空隙的大小所決定。在高分子溶液中，相同成分的分子的線團(tuán)尺寸與其分子量成正比。K與分子量相關(guān)，即組分按分子量的大小分離。根據(jù)空間排阻理論,孔內(nèi)外同等大小的溶質(zhì)分子處于擴(kuò)散平衡狀態(tài)；2023/9/6根據(jù)空間排阻理論,孔內(nèi)外同等大小的溶質(zhì)分子18

2固定相：多孔凝膠

流動(dòng)相：溶解試樣；潤(rùn)濕凝膠

3保留體積與滲透系數(shù)的關(guān)系VR=Vm（1+KpVs/Vm）Vm

≈V0VR=V0+KpVs

球形態(tài)蛋白分子logMr=A－BVR2023/9/62固定相：多孔凝膠

流動(dòng)相：溶解試樣；潤(rùn)濕凝19幾種基本類型色譜法及其他類型色譜法保留值與分配系數(shù)的關(guān)系皆可用色譜過程方程式表示，即；tR=t0(1+k)分配系數(shù)大的組分保留時(shí)間長(zhǎng)（保留體積大），晚流出色譜柱。2023/9/6幾種基本類型色譜法及其他類型色譜法保留值與分配系數(shù)的20在各種色譜法中k的含義不同．在分配色譜、吸附色譜、離子交換色譜和凝腋色譜中，K分別為狹義的分配系數(shù)K、吸附系數(shù)Ka、選擇性系數(shù)KA/B和滲透系數(shù)Kp。V．分別為色譜柱（或薄層板）內(nèi)固定液體積、吸附劑表面積、離于交換劑總交換容量和凝膠孔內(nèi)總?cè)莘e。2023/9/6在各種色譜法中k的含義不同．在分配色譜、吸附色譜、離子交換21主要內(nèi)容第一節(jié)

色譜法分類

第二節(jié)

色譜過程的基本原理第三節(jié)色譜法的基本類型及分離機(jī)制

第四節(jié)色譜法基本理論

2023/9/6主要內(nèi)容2023/8/322第四節(jié)色譜法基本理論分離度保留時(shí)間差峰寬分配系數(shù)熱力學(xué)過程相平衡塔板理論動(dòng)力學(xué)因素動(dòng)力學(xué)過程速率理論峰展寬

色譜法基本理論2023/9/6第四節(jié)色譜法基本理論分離度保留時(shí)間差峰寬分配系數(shù)熱力23一、塔板理論

在50年代，色譜技術(shù)發(fā)展的初期，Martin等人把色譜分離過程比作分餾過程，并把分餾中的半經(jīng)驗(yàn)理論－塔板理論用于色譜分析法。2023/9/6一、塔板理論

在50年代，色譜技術(shù)24

塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，假設(shè)柱內(nèi)有n個(gè)塔板，每個(gè)塔板高度稱為理論塔板高度，用H表示。認(rèn)為在每個(gè)塔板的間隔內(nèi)，試樣組分在兩相中達(dá)到配平衡．經(jīng)過多次的分配平衡后，分配系數(shù)小的組分先流出色譜往。同時(shí)還引入塔板數(shù)作為衡量柱效的指標(biāo)。

盡管這個(gè)理論并不完全符合色譜柱的分離過程，色譜分離和一般的分餾塔分離有著重大的差別，但是因?yàn)檫@個(gè)比喻形象簡(jiǎn)明，因此幾十年來一直沿用。2023/9/6塔板理論把色譜柱比作一個(gè)分餾塔，假設(shè)柱內(nèi)有n個(gè)塔板，每個(gè)25

1在H長(zhǎng)度內(nèi)，組分在兩相間瞬間平衡。2流動(dòng)相間歇進(jìn)入。3試樣、流動(dòng)相從0號(hào)板開始，忽略擴(kuò)散。

塔板理論假設(shè)4各塔板K=常數(shù)假設(shè)條件成立，色譜柱長(zhǎng)：L，虛擬的塔板間距離：H，色譜柱的理論塔板數(shù)：n，則三者的關(guān)系為：

H=L/n，2023/9/6

塔板理論假設(shè)4各塔板K=常數(shù)則三者的關(guān)系為：26（一）質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移16-42023/9/6（一）質(zhì)量分配和轉(zhuǎn)移16-42023/8/327（二）流出曲線方程以組分A在柱出口處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)N作圖得流出曲線A=1.065×h×W1/2Cmax-----h2023/9/6（二）流出曲線方程以組分A在柱出口處的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)N作28（三）理論塔板高度和理論塔板數(shù)

理論塔板數(shù)與色譜參數(shù)之間的關(guān)系為n=(tR/σ)2

對(duì)一個(gè)色譜柱來說，若色譜柱長(zhǎng)度固定L，每一個(gè)塔板高度H越小，塔板數(shù)目越多，分離的效果越好，柱效越高。塔板數(shù)用n表示。

n=L/H或H=L/n(H越小，n越多，分離效果越好