學(xué)習(xí)液相必須要知道的三大理論

學(xué)習(xí)液相，必須要知道的三大理論寫在前面高效液相色譜我們常用，如何操作自然難不倒我們，那么，液相色譜的分析的理論基礎(chǔ)是什么？這個你知道嗎？這一篇咱們好好學(xué)一學(xué)液相色譜的分析理論基礎(chǔ)，可以讓你更好地使用高效液相色譜儀。在說分析的理論基礎(chǔ)之前，問大家一個問題，為什么液相色譜柱的內(nèi)徑都不是整數(shù)呢？”例如:1.7、1.9、2.1、4.6這是為什么呢？想了解真相？往下看色譜分析的目的是將樣品中各組分彼此分離。組分要達(dá)到完全分離，兩峰間的距離必須足夠遠(yuǎn)，兩峰間的距離是由組分在兩相的分配系數(shù)決定的，即色譜過程的熱力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。但是兩峰間雖有一定的距離，如果每個峰都很寬，以至彼此重疊，還是不能分開。這些峰的寬或窄是由組分在色譜柱中傳質(zhì)和擴(kuò)散行為決定的，即與色譜過程中的動力學(xué)性質(zhì)有關(guān)。因此要從動力學(xué)和熱力學(xué)兩方面來研究色譜行為。色譜熱力學(xué)理論主要研究溶質(zhì)在色譜柱內(nèi)的分離機(jī)制及分子特征與分離結(jié)果之間的關(guān)系；色譜動力學(xué)主要研究溶質(zhì)在色譜柱中的運(yùn)輸規(guī)律，解釋色譜流出曲線的形狀、影響色譜區(qū)帶展寬及峰形的因素，從而為獲得高效能色譜分離結(jié)果提供理論指導(dǎo)，為峰形預(yù)測、重疊峰的定量解析以及選擇最佳色譜分離方法奠定理論基礎(chǔ)。先復(fù)習(xí)一下儀器分析的重點(diǎn)——色譜分析的三大理論。1相平衡理論相平衡理論認(rèn)為溶質(zhì)在流動相和固定相之間達(dá)到平衡。分配（吸附）色譜的分離是基于樣品組分在固定相和流動相之間反復(fù)多次的分配（吸附-脫附）過程，在一定溫度和壓力下，組分在固定相和流動相之間分配達(dá)到平衡時的濃度之比K分配系數(shù)，分配系數(shù)是由組分在兩相的熱力學(xué)性質(zhì)決定的。在一定溫度下，分配系數(shù)K小的組分在流動相中濃度大，先流出色譜柱。K=Cs/Cm

lnK=-△Gm/RTc由上式可以看出分配系數(shù)和溫度呈反比，升高溫度，分配系數(shù)變小，組分在固定相的濃度減小，可縮短出峰時間。分配比κ又稱容量因子，它是在一定溫度和壓力下，組分在兩相間分配達(dá)平衡時，分配在固定相和流動相中的質(zhì)量比κ=ms/mm，κ越大說明組分在固定相中的量越多，相當(dāng)于柱的容量越大，因此又稱分配容量比或容量因子。它是衡量色譜柱對被分離組分保留能力的重要參數(shù)。κ也決定于組分及固定相熱力學(xué)性質(zhì)，他不僅隨柱溫、柱壓變化而變化，而且還與流動相及固定相體積有關(guān)。2塔板理論將精餾塔中踏板的概念引入到色譜柱中，來描述組分在兩相間的分配行為，同時引入理論塔板數(shù)作為衡量柱效的指標(biāo)。在柱內(nèi)一小段長度H內(nèi)，組分可以在兩相間迅速達(dá)到平衡。這一小段柱長稱為理論塔板高度H。流動相進(jìn)入色譜柱不是連續(xù)的，而是脈動式的，每次進(jìn)入一個塔板體積△Vm。所有組分在開始時存在于第0號塔板上，而且式樣縱向擴(kuò)散可忽略。分配系數(shù)在所有塔板上是常數(shù)，與組分在某一塔板上的量無關(guān)。精餾塔模型圖解法計算理論塔板數(shù)理論塔板數(shù)：n=5.54（tr/W1/2）2塔板高度：H=L/n塔板理論的缺陷：其假設(shè)并不完全符合柱內(nèi)事實(shí)，縱向擴(kuò)散不能忽略，它也沒有考慮各種動力學(xué)因素對色譜柱內(nèi)傳質(zhì)過程的影響，因此它不能解釋造成譜帶擴(kuò)張的原因和影響板高的各種因素，也不能說明為什么不同流速下可以測得不同的理論板數(shù)，這就限制了它的應(yīng)用。3速率理論VanDeemter在研究氣液色譜時，提出了色譜過程動力學(xué)理論——速率理論。他們吸收了塔板理論中板高的概念，并充分考慮了組分在兩相間的擴(kuò)散和傳質(zhì)過程，從而在動力學(xué)基礎(chǔ)上較好的解釋了影響板高的各種因素。該理論模型對氣相色譜、液相色譜都適用。H=A+B/u+Cu式中：u流動相線速度；ABC為常數(shù)，分別代表渦流擴(kuò)散項系數(shù)，分子擴(kuò)散項系數(shù)和傳質(zhì)阻力項系數(shù)。（1）渦流擴(kuò)散項渦流擴(kuò)散與填充物的平均直徑dp的大小和填充不規(guī)則因子λ有關(guān)，與流動相的性質(zhì)、線速度及組分性質(zhì)無關(guān)。為了減少渦流擴(kuò)散，提高柱效，使用細(xì)而均勻的顆粒，并且填充均勻。（2）分子擴(kuò)散項B/u（縱向擴(kuò)散）縱向分子擴(kuò)散是由濃度梯度造成的。組分從柱入口加入，其濃度分布的構(gòu)型呈塞子狀，它隨著流動相向前推進(jìn)，由于存在濃度梯度，塞子必然自發(fā)的向前和向后擴(kuò)散，造成譜帶展寬。分子擴(kuò)散項系數(shù)為B=2γDg，γ是填充柱內(nèi)流動相擴(kuò)散路徑彎曲的因素，也稱彎曲因子。它反映了固定相顆粒的幾何形狀對自由分子擴(kuò)散的阻礙情況；Dg為組分在流動相的擴(kuò)散系數(shù)。分子擴(kuò)散項與組分在流動相中擴(kuò)散系數(shù)Dg成正比，而Dg與流動相及組分性質(zhì)有關(guān)。相對分子質(zhì)量大的組分Dg小，Dg反比于流動相相對分子質(zhì)量的平方根，所以采用相對分子質(zhì)量較大的流動相可以降低B項。Dg隨柱溫增高而增加，但反比于柱壓。另外，縱向擴(kuò)散與組分在色譜柱內(nèi)停留的時間有關(guān)，流動相流速小，組分停留時間長，縱向擴(kuò)散就大。因此降低縱向擴(kuò)散影響，要加大流動相流速。對于液相色譜，組分在流動相中的縱向擴(kuò)散可以忽略?？v向擴(kuò)散示意圖（3）傳質(zhì)阻力項對于液液分配色譜，傳質(zhì)阻力系數(shù)包含流動相傳質(zhì)阻力系數(shù)和固定相傳質(zhì)阻力系數(shù)C=Cm+CsCm又包含流動相中的傳質(zhì)阻力和直流的流動相中的傳質(zhì)阻力Cm=ωmdp2/Dm+ωsmdp2/Dm右邊第一項為流動相中的傳質(zhì)阻力。當(dāng)流動相流過色譜柱內(nèi)的填充物時，靠近填充物顆粒的流動相流速比在流路中間的稍微慢一些，故柱內(nèi)流動相的流速是不均勻的。這種傳質(zhì)阻力對板高的影響與固定相力度dp的平方呈正比，與式樣分子在流動相中的擴(kuò)散系數(shù)Dm呈反比。ωm是由柱和填充的性質(zhì)決定的因子。右邊第二項為滯留的流動相中的傳質(zhì)阻力。這是由于固定相的多孔性造成某部分流動相滯留在一個局部，滯留在固定相微空內(nèi)的流動相一般是停滯不動的。流動相中的試樣分子要與固定相進(jìn)行質(zhì)量交換，必須首先擴(kuò)散到滯留區(qū)。固定相的粒度越小，微孔孔徑越大，傳質(zhì)速率越快，柱校就越高。H=2λdp+2λDm/u+（ωmdp2/Dm+ωsmdp2/Dm+ωsdp2/Ds）u在液液色譜中縱向擴(kuò)散可以忽略不計，影響柱校的主要因素是傳質(zhì)阻力項。色譜三大理論復(fù)習(xí)完了，在實(shí)際應(yīng)用中的指導(dǎo)意義如何呢？最大的意義就是：流動相速率對板高的影響H-u圖對于一定長度的柱子，理論塔板數(shù)越大，板高越小，則柱校越高。根據(jù)VanDeemter公式制作的