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色譜基礎理論平均速度與速度方程的介紹

時間:2017-2-25 10:15:19      閱讀:1324

一、平均速度

色譜又稱色層法或層析法,是一種物理化學分析方法,它利用不同溶質(樣品)與固定相和流動相之間的作用力(分配、吸附、離子交換等)的差別,當兩相做相對移動時,各溶質在兩相間進行多次平衡,使各溶質達到相互分離。

也就是說,當樣品中某組分進入色譜柱內,將在固定相和流動相中達到一定的分配。流動相總是以一定的速度流動,而固定相則固定不動。那么在流動相中的組分分子將以流動相流速u向前行進,而固定相中的組分分子則和固定相一起停留不動。那么這個組分,它的平均運動速度是多少呢?

組分能夠在色譜柱上得到分離,就是說他們在色譜柱上的流出時間不同。我們知道流出時間t = 色譜柱長度L / 組分平均運動速度v。色譜柱長度L對所有組分都是一樣的,那么之所以能夠被分開,關鍵就在于不同組分,他們的平均運動速度不同。為什么相同載氣條件下,不同組分平均運動速度會不同?這就說出了色譜分離的內因:不同組分在固定相和流動相之間的分配系數K不相同。那么什么是色譜分離的外因?當然是存在流動相與固定相之間的相對運動。

由于不同組分的分配系數K不同,因此平衡狀態下,在固定相和流動相中的分子個數比就出現了差異,平均移動速度因此出現了差異,于是他們從色譜柱中流出的時間也就出現了差異了。

由于色譜分離靠的是不同的分配系數,因此我們說色譜分離方法是一種物理分離方法。

二、速度方程

色譜法能夠分離不同組分的內因是分配系數K的差異。

什么是分配系數呢?分配系數是物質在兩相之間達到平衡時,在兩相中濃度的比值。兩相之間,并不是專指氣體、液體、固體之間呢,我們用汽油萃取水中的碘,水和汽油都是液相,但由于并不混溶,因此也是兩相。分配系數是一個重要物理化學參數,與組分在兩相中的溶解度密切相關,影響因素除了組分和兩相的組成外,還包括溫度、壓力等。這個壓力并不是外界壓力,而是組分的分壓。在理想氣體情況下,其他氣體分子的壓力對組分在兩相中的平衡沒有影響。事實上,我們在溫度確定的情況下,經常默認分配系數K為常數。

在色譜上,分配系數專指組分在固定相(s)中的濃度與流動相(m)中濃度在平衡狀態下的比值。我們分別用s和m腳標來代表兩相,即:

 

我們知道平均運動速度與組分分子在兩相中的分子個數比有關。分配系數K雖然是一個常數,但不能完全代表兩相中的分子個數比。分子個數比,術語上講應該叫做分配比k,還與兩相的體積相關。即:

 

這里我們習慣上把流動相與固定相的體積比稱為相比β。

有了分配比k的概念,我們可以回過頭來,重新計算組分的平均速度了。即:

 

這個公式,在色譜上是一個非常重要的公式,稱為速度方程。

(內容來源氣相色譜之家)

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