第四章 色层分离法.ppt

§4.1概述

色层分离法:凡利用组分的物理化学性质的微小差异，即它们在流动相与固定相之间分配系数的不同，在两相中作相对运动时，在两相之间进行连续多次分配，从而形成一个两组分的不等速迁移过程，最终完成彼此分离的方法统称为色层分离法。

按色谱动力学过程，色层法分为淋洗法、置换法、及前沿法。
淋洗法：事先将物料引入色层柱上端，再用适当溶剂连续通过色层柱。
置换法（排代法）：流动相是一种置换剂，它与固定相的吸附能力比待分离组分强，待分离样品引入柱中后，置换剂流经色层柱，各组份被依次顶替流出的方法。
前沿法：含被分离组分的溶液就是流动相，连续流经色谱柱时，在固定相上吸附能力弱的组分首先流出色层柱，尔后其余组分按吸附能力弱强顺序依次流出。§4.2基本概念§4.2.1分配平衡§4.2.2色谱图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
§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.

Rf代表了溶质在流动相中的停留时间分数。从统计学规律得知，溶质分子在流动相中停留时间分数等于溶质分子瞬间分布在流动相中的总分子分数。

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，开始从柱底流出的流动相为空白溶剂，故在色谱图上从进样到柱中溶剂流出柱的时间为死时间tD。实际应用中利用与流动相性质相近，在色谱柱上无保留的溶质通过色谱柱的时间来测定。

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。

（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

∴tRUX＝tDU
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
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

因为t,R＝tR－tD＝tD（1＋k）－tD＝ktD

则

保留值之比称为选择性系数，以表示：

因，且与总是大于1，与越大，柱子的选择性越高。
§4.3基本理论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。
（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。

1）色谱流出曲线方程:
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
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可以用时间、体积、距离表示。

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。
主要不足之处在于:
实际过程很难达到真