第二節色譜過程的基本原理

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

返回2023/9/6第二節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，組分在流動相和固定相之間所達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K和容量因子k來表示。（一）分配系數和容量因子三．分配系數與色譜分離1、分配系數K(濃度分配系數)組分在固定相中的濃度K==Cs/Cm組分在流動相中的濃度K隨T變化，與固定相、流動相的體積無關。2023/9/6在一定溫度下，組分在流動相和固定相之間所達到的平衡叫分配平衡32容量因子：

分配系數與容量因子的關系k=CsVs

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

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大的組分保留時間長。

k=tR/t0-1=(tR-t0)/t0=tR’/t0

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

tR=t0(1+KVs/Vm)兩組分A和B經色譜柱分離

△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主要內容第一節

色譜法分類

第二節

色譜過程的基本原理第三節色譜法的基本類型及分離機制

第四節色譜法基本理論

2023/9/6主要內容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色譜法的基本類型及分離機制2023/9/6第三節色譜法的基本類型及分離機制2023/8/381原理：利用被分離組分在固定相或者流動相中的溶解度差別實現分離。(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；化學鍵合相

流動相：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相極性

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

1機制：利用被分離組分對固定相表面吸附中心吸附能力的差別實現分離（GS、LS）。分離過程就是組分分子與流動相分子爭奪吸附劑表面活性中心的過程——競爭吸附。二.吸附色譜

Xm＋nYaXa＋nYm

[Xa][Ym]n[Xa]

吸附系數

Ka＝Ka

≈

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

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。

ε0表示溶劑強度：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，洗脫能力強。3流出順序

①組分分子的競爭力②組分分子與吸附劑的作用力③組分在流動相中的溶解度

2023/9/62固定相和流動相：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現分離。陽離子交換色譜分離機制．（H＋）。當流動相攜帶組分的正離子如Na＋出現時，與H＋發生交換反應．當樹脂上所有可交換的H＋均被交換后，樹脂失去恬性，此時，若用稀酸溶液對樹脂進行處理，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．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現分12選擇性系數KA/B是衡量離子對樹脂親和能力相對大小的度量，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．測定一系列離子的選擇性參數。交換與再生過程可用下式表示2023/9/6選擇性系數KA/B是衡量離子對樹脂親和能力相對大小的度量，132流動相、固定相

固定相：離子交換劑（離子交換樹脂）化學鍵合離子交換劑流動相：一定pH和離子強度的緩沖液。

有機溶劑可提高選擇性。2023/9/62流動相、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、流功動相的性質等的影響，

①組分性質：溶質離子的電荷、水合離子半徑

價態高，選擇系數大；同價態陽離子，水合離子半徑大，選擇系數小。

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15②流動相的組成和pH值：交換能力強的離子組成的流動相有較強的洗脫能力強，保留值降低。強離子交換樹脂的交換能力在很寬的范圍內不隨流動相的pH變化，調節pH值的作用主要體現在對弱電解質離解的控制，溶質的離解受到抑制則保留時間變短。弱離子交換樹脂的交換能力在某一pH有極大值．2023/9/6②流動相的組成和pH值：交換能力強的離子組成的流動相有較161原理：根據被分離組分分子的線團尺寸進行分離凝膠色譜法:按流動相的不同分為兩類以有機溶劑為流動相者稱為凝膠滲透色譜法;

以水溶液為流動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尺寸之間的關系，與流動相的性質無關。2023/9/61原理：根據被分離組分分子的線團尺寸進行分離四．空間排阻17

滲透系數Kp=[Xs]/[X]m0＜K＜1滲透系數的大小只由溶質分子的線團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尺寸與其分子量成正比。K與分子量相關，即組分按分子量的大小分離。根據空間排阻理論,孔內外同等大小的溶質分子處于擴散平衡狀態；2023/9/6根據空間排阻理論,孔內外同等大小的溶質分子18

2固定相：多孔凝膠

流動相：溶解試樣；潤濕凝膠

3保留體積與滲透系數的關系VR=Vm（1+KpVs/Vm）Vm

≈V0VR=V0+KpVs

球形態蛋白分子logMr=A－BVR2023/9/62固定相：多孔凝膠

流動相：溶解試樣；潤濕凝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的關系皆可用色譜過程方程式表示，即；tR=t0(1+k)分配系數大的組分保留時間長（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K、吸附系數Ka、選擇性系數KA/B和滲透系數Kp。V．分別為色譜柱（或薄層板）內固定液體積、吸附劑表面積、離于交換劑總交換容量和凝膠孔內總容積。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主要內容第一節

色譜法分類

第二節

色譜過程的基本原理第三節色譜法的基本類型及分離機制

第四節色譜法基本理論

2023/9/6主要內容2023/8/322第四節色譜法基本理論分離度保留時間差峰寬分配系數熱力學過程相平衡塔板理論動力學因素動力學過程速率理論峰展寬

色譜法基本理論2023/9/6第四節色譜法基本理論分離度保留時間差峰寬分配系數熱力23一、塔板理論

在50年代，色譜技術發展的初期，Martin等人把色譜分離過程比作分餾過程，并把分餾中的半經驗理論－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24

塔板理論把色譜柱比作一個分餾塔，假設柱內有n個塔板，每個塔板高度稱為理論塔板高度，用H表示。認為在每個塔板的間隔內，試樣組分在兩相中達到配平衡．經過多次的分配平衡后，分配系數小的組分先流出色譜往。同時還引入塔板數作為衡量柱效的指標。

盡管這個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，但是因為這個比喻形象簡明，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分餾塔，假設柱內有n個塔板，每個25

1在H長度內，組分在兩相間瞬間平衡。2流動相間歇進入。3試樣、流動相從0號板開始，忽略擴散。

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

H=L/n，2023/9/6

塔板理論假設4各塔板K=常數則三者的關系為：26（一）質量分配和轉移16-42023/9/6（一）質量分配和轉移16-42023/8/327（二）流出曲線方程以組分A在柱出口處的質量分數對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在柱出口處的質量分數對N作28（三）理論塔板高度和理論塔板數

理論塔板數與色譜參數之間的關系為n=(tR/σ)2

對一個色譜柱來說，若色譜柱長度固定L，每一個塔板高度H越小，塔板數目越多，分離的效果越好，柱效越高。塔板數用n表示。

n=L/H或H=L/n(H越小，n越多，分離效果越好