5.2 气相色谱分离理论一、气固及气液色谱分离原理二、塔板理论及柱效能指标三、速率理论四、色谱柱的总分离效能指标——分离度 一、气固及气液色谱分离原理 1.气固色谱分离原理 气固色谱是以气体作为流动相,以固体吸附剂作为固定相的色谱分析方法. 混合组分 吸附 脱附 吸附 吸附剂 载气 吸附剂 载气 脱附 经反复多次分配 组分实现分离 气-固色谱的分离原理: 基于不同的组分在固体吸附剂上吸附能力的差别实现组分的分离. 2.气液色谱分离原理 气液色谱是以气体作为流动相,以固定液作为固定相的色谱分析方法. 混合组分 固定液 溶解 载气 挥发 溶解 固定液 挥发 载气 经反复多次分配 组分实现分离 气液色谱的分离原理: 基于不同的组分在固定液中溶解度的差异实现组分的分离. 二、塔板理论及柱效能指标 1.塔板理论 1952年,Martin等人提出的塔板理论将一根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔,用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为. 塔板是从精馏中借用的,是一种半经验理论. 塔板理论假定:色谱柱内存在许多塔板,塔板之间是不连续;组分在各塔板内两相间的分配瞬间达到平衡,达到一次平衡所需柱长为理论塔板高度H ;各组分经过反复多次的分配平衡之后,达到分离的目的;通过计算理论塔板数和理论塔板高度来评价色谱柱的柱效能. 在塔板理论中,组分在柱内每达成一次分配平衡所需要的柱长,称为理论塔板高度,用H表示. 在一定长度的色谱柱内,组分在两相之间分配达到平衡的总次数称为理论塔板数,用n表示. 当柱长为L时, H与n的关系为: 色谱柱的理论塔板数n的计算公式为: 式中,tR—保留时间; W1/2—半峰宽; Wb—峰底宽度. 注意:计算时, tR 、W1/2 、 Wb的单位应一致. 2.柱效能指标 在实际测定中,有时理论塔板数n和理论塔板高度h不能真实地反映色谱柱的分离效能,因此提出了以有效塔板数和有效塔板高度作为色谱柱的柱效能指标. 应注意: 同一色谱柱对不同组分的柱效能是不一样的,因此在用n有效、 H有效表示柱效能时,除应说明色谱条件外,还应指出是对什么组分而言的. n有效与n的关系为: 三、速率理论 1956年荷兰学者van Deemter(范第姆特)等在研究气液色谱时,提出了色谱过程动力学理论——速率理论. 速率理论仍把色谱柱比作精馏塔,认为理论塔板高度H愈小,柱效能愈高,并以范第姆特方程的形式表述出来. 涡流扩散项(A项) 在填充色谱柱中,当组分随流动相向柱出口迁移时,流动相由于受到固定相颗粒障碍,不断改变流动方向,使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动,引起了色谱峰的变宽,故称涡流扩散.A = 2λdp 分子扩散项( B/μ 项) 分子扩散是指当组分分子随载气进入色谱柱后,由于柱内存在着纵向浓度梯度,时组分分子沿色谱柱轴向扩散(即沿载气流动方向由高浓度端向低浓度端扩散)而引起谱带扩展的现象. 由上式可知,影响分子扩散项的因素包括:(1)载气流速.(2)色谱柱的形式.(3)载气性质.(4)柱温、柱压. 气相传质阻力项是指组分分子从气相移动到固定液表面,以便在气液两相间进行质量传递时所受到的阻力. 气相传质阻力项(Cgμ 项) 由上式可知,影响气相传质阻力项的因素包括:(1)载气流速.(2)填充物的粒度.(3)载气性质.(4)柱温、柱压. 液相传质阻力项(Clμ 项) 液相传质阻力项是指组分分子从气液界面扩散到固定液内部进行质量传递并达到平衡,然后返回气液界面的过程中所受到的阻力. 由上式可知,影响液相传质阻力项的因素包括:(1)载气流速.(2)液膜厚度.(3) Dl .(4)柱温、柱压. 四、色谱柱的总分离效能指标——分离度 1.分离度 相邻两组分保留时间之差与两组分峰底宽度之和一半的比值. 应注意:计算R 时,保留时间和峰底宽度应采用相同的时间单位或长度单位. 分离度R 既反映了峰间距的大小,又反映了峰的宽窄,它全面衡量了色谱柱对难分离物质对的分离效能,故把分离度叫做色谱柱的总分离效能指标. 一般,当R <1时,表明相邻两峰有部分重叠,R =1时,分离程度可达98%,当R=1.5时,可以认为相邻两组分色谱峰已经完全分开. 2. R 与n、α、k之间的关系 由上述公式,可以计算出为了达到预定的分离度R 和分离因子α所需要的理论塔板数和有效塔板数以及色谱柱长度.
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5.2 气相色谱分离理论一、气固及气液色谱分离原理二、塔板理论及柱效能指标三、速率理论四、色谱柱的总分离效能指标——分离度 一、气固及气液色谱分离原理 1.气固色谱分离原理 气固色谱是以气体作为流动相,以固体吸附剂作为固定相的色谱分析方法. 混合组分 吸附 脱附 吸附 吸附剂 载气 吸附剂 载气 脱附 经反复多次分配 组分实现分离 气-固色谱的分离原理: 基于不同的组分在固体吸附剂上吸附能力的差别实现组分的分离. 2.气液色谱分离原理 气液色谱是以气体作为流动相,以固定液作为固定相的色谱分析方法. 混合组分 固定液 溶解 载气 挥发 溶解 固定液 挥发 载气 经反复多次分配 组分实现分离 气液色谱的分离原理: 基于不同的组分在固定液中溶解度的差异实现组分的分离. 二、塔板理论及柱效能指标 1.塔板理论 1952年,Martin等人提出的塔板理论将一根色谱柱当作一个由许多塔板组成的精馏塔,用塔板概念来描述组分在柱中的分配行为. 塔板是从精馏中借用的,是一种半经验理论. 塔板理论假定:色谱柱内存在许多塔板,塔板之间是不连续;组分在各塔板内两相间的分配瞬间达到平衡,达到一次平衡所需柱长为理论塔板高度H ;各组分经过反复多次的分配平衡之后,达到分离的目的;通过计算理论塔板数和理论塔板高度来评价色谱柱的柱效能. 在塔板理论中,组分在柱内每达成一次分配平衡所需要的柱长,称为理论塔板高度,用H表示. 在一定长度的色谱柱内,组分在两相之间分配达到平衡的总次数称为理论塔板数,用n表示. 当柱长为L时, H与n的关系为: 色谱柱的理论塔板数n的计算公式为: 式中,tR—保留时间; W1/2—半峰宽; Wb—峰底宽度. 注意:计算时, tR 、W1/2 、 Wb的单位应一致. 2.柱效能指标 在实际测定中,有时理论塔板数n和理论塔板高度h不能真实地反映色谱柱的分离效能,因此提出了以有效塔板数和有效塔板高度作为色谱柱的柱效能指标. 应注意: 同一色谱柱对不同组分的柱效能是不一样的,因此在用n有效、 H有效表示柱效能时,除应说明色谱条件外,还应指出是对什么组分而言的. n有效与n的关系为: 三、速率理论 1956年荷兰学者van Deemter(范第姆特)等在研究气液色谱时,提出了色谱过程动力学理论——速率理论. 速率理论仍把色谱柱比作精馏塔,认为理论塔板高度H愈小,柱效能愈高,并以范第姆特方程的形式表述出来. 涡流扩散项(A项) 在填充色谱柱中,当组分随流动相向柱出口迁移时,流动相由于受到固定相颗粒障碍,不断改变流动方向,使组分分子在前进中形成紊乱的类似涡流的流动,引起了色谱峰的变宽,故称涡流扩散.A = 2λdp 分子扩散项( B/μ 项) 分子扩散是指当组分分子随载气进入色谱柱后,由于柱内存在着纵向浓度梯度,时组分分子沿色谱柱轴向扩散(即沿载气流动方向由高浓度端向低浓度端扩散)而引起谱带扩展的现象. 由上式可知,影响分子扩散项的因素包括:(1)载气流速.(2)色谱柱的形式.(3)载气性质.(4)柱温、柱压. 气相传质阻力项是指组分分子从气相移动到固定液表面,以便在气液两相间进行质量传递时所受到的阻力. 气相传质阻力项(Cgμ 项) 由上式可知,影响气相传质阻力项的因素包括:(1)载气流速.(2)填充物的粒度.(3)载气性质.(4)柱温、柱压. 液相传质阻力项(Clμ 项) 液相传质阻力项是指组分分子从气液界面扩散到固定液内部进行质量传递并达到平衡,然后返回气液界面的过程中所受到的阻力. 由上式可知,影响液相传质阻力项的因素包括:(1)载气流速.(2)液膜厚度.(3) Dl .(4)柱温、柱压. 四、色谱柱的总分离效能指标——分离度 1.分离度 相邻两组分保留时间之差与两组分峰底宽度之和一半的比值. 应注意:计算R 时,保留时间和峰底宽度应采用相同的时间单位或长度单位. 分离度R 既反映了峰间距的大小,又反映了峰的宽窄,它全面衡量了色谱柱对难分离物质对的分离效能,故把分离度叫做色谱柱的总分离效能指标. 一般,当R <1时,表明相邻两峰有部分重叠,R =1时,分离程度可达98%,当R=1.5时,可以认为相邻两组分色谱峰已经完全分开. 2. R 与n、α、k之间的关系 由上述公式,可以计算出为了达到预定的分离度R 和分离因子α所需要的理论塔板数和有效塔板数以及色谱柱长度.