分离科学与技术ppt课件

t’R2
t0
t’R1
Δt
①峰底宽分离度(R)
进 样
R 2(tR2 tR1 ) W2 W1
W1
W2
R=1，分离程度98%，两相邻组分基本分离 R=1.5，分离程度99.7%，两相邻组分完全分离（标准）
§3.5 分离度
②半高峰宽分离度（R1/2）
峰底宽重叠时，用半高峰宽代替峰底宽
R1/ 2
2(tR2 tR1 )
W
W2 4 tR2
R N tR2 tR1
4
tR2
§3.5 分离度 tR t0(1 k)
k2
k1
R N tR2 tR1 N t0 (1 k2 ) t0 (1 k1 )
4
tR2
4
t0 (1 保k留2 )程度因子
N 4
k12柱kk效21 因 子4N
选1k1择k因k2 1子
tR2
16R2 ( )2 1
(k2 1)3 k2
2
H u
影响分离时间的因素
• 分离度增加，分离时间增加；
• 流动相速度加快，分离时间缩短；
• 板高降低（柱效提高），分离时间缩短；
• 选择性因子增加，分离时间缩短；
• k=2时，分离时间最短；
• 流动相粘度小，分离时间缩短；
§3.5 分离度
作业 5 采用柱长为250cm的色谱柱分离 某混合物，死时间为1.20min， 各组分的保留时间与色谱峰底宽 如右图所示，试问：
在一定条件下，两个组分的调整保留时间分别为85秒和100秒，
要达到完全分离，即R=1.5 。计算：①需要多少块有效塔板；
②若填充柱的有效塔板高度为0.1 cm，柱长是多少？
解：①有效塔板
N eff
N ( k2 )2 1 k2
N 16R2 ( )2 (1 k2 )2 1 k2
N eff
16R2( )2 1
k
1.0
1.5
2.0
3.0
(k 1)3
8.00
6.94
6.75
7.11
k2
k
4.0
5.0
6.0
10.0
(k 1)3
k2
7.81
8.64
9.53
13.31
N 16R2 ( )2 (1 k2 )2 1 k2
§3.5 分离度
初始
tR
N 增大
tR
R N ( 1) k2 4 1 k2
改变 N 的方法： • 流动相流速u • 固定相dP、df • 柱长L
已知N1、L1和R1，推算另一分离要求R2所需N2、L2：
N2
N
1
(
R2 R1
)2
L2
0.8133
W2
4
tR2 N
4 12.8 3600
0.8533
§3.5 分离度
分离度： R 2 (12.8 12.2) 0.72 0.8533 0.8133
②要达到完全分离
2
L2
R2 R1
L1
1.5
2
1
4.34
m
0.72
塔板数增加一倍，分离度增加多少？
§3.5 分离度
例题2
N ( 1)k1
4 1 k2
分离度近似表达式：
Purnell方程
R N ( 1) k2 4 1 k2
R L ( 1) k2 16H 1 k2
§3.5 分离度
R N ( 1) k2
4 1 k2
（2）k、N、 对分离程度的影响
① 容量因子 k 的影响 R k 1 k
k>10，R的改进不明显，反而使保留时间大为延长。1≤k≤10
§3.5 分离度
初始
R N ( 1) k2 4 1 k2
tR
k 增大
tR
改变 k 的方法： • 柱温（如GC） • 流动相性质和组成(LC中) • 相比β
② 塔板数 N （柱效）的影响
在等温条件下，k 和 为常数，R 决定于N，可由下式计算：
选择性因子
t' R2
t' R1
α= 100 / 85 = 1.18
§3.5 分离度
N eff
16R2( )2 1
16 1.52 ( 1.18 )2 1.18 1
1547 （块）
② L = Neff×Heff = 1547×0.1 = 155 cm
即柱长为1.55米时，两组分可以得到完全分离。
分配系数有较大差别；
tR
⑵柱温（降温）；
增大 ⑶流动相的性质和组成；
tR ⑷组分的性质,（分配系数）。
§3.5 分离度
结论：
① 值很小的变化，可使R有较大的变化。 ② 值趋近于1时，它的改变对的增加R尤为显著；
值较大时，对R的影响反而减少。 ③ 在k、N、三个参数中, 的增加对R的改进最有效。
k从1→3, R增加到原来的1.5倍； N增加到原来的3倍, R增加到原来的1.7倍； 从1.01→1.1, 约增加9 %, R增加到原来的9倍。
组 分 tR/min W/min
1 10.00 0.31 2 10.42 0.36 3 11.34 0.68
（1）各组分的容量因子k及组分间的分离因子α；
（2）确定难分离物质对，并计算其分离度R； （3）欲使难分离物质对完全分离，在柱效不变条件下， 柱长应增加到多少？
交作业
容量因子 k 对分离时间的影响
§3.5 分离度
例题1
已知：某色谱柱每米柱长理论板数N=3600，两个组分的保留时 间分别为12.2s和12.8s，①计算分离度；②要达到完全分离，即 R=1.5，所需要的柱长。
解：①分离度
R 2(tR2 tR1 ) W2 W1
N 16( tR )2 W
W1
4
t R1 N
4 12.2 3600
第三章 色谱分离原理
第六节 分 离 时 间
分离时间：将物质对中第二个峰洗出所需时间（tR2）
（即：最后一个组分的保留时间）
tR2
16R2( )2 1
(k2 1)3 k2
2
H u
R：分离择性因子（分离因子）
H：按第二个峰求出的理论板高（柱效）
§3.6 分离时间
o
两峰不重叠 f = g，
Rh=1，完全分离。
§3.5 分离度
1. 分离度与色谱柱特性 （1）Purnell方程
①假定被分离的两个相邻组分在色谱柱上理塔板数相同，
②假定被分离的两个浓度相同的相邻组分其峰宽相同。
R 2(tR2 tR1 ) W2 W1
W1 W2
R tR2 tR1 W2
N 16( tR )2 1 N 1
第三章 色谱分离原理
第五节 分 离 度
一、分离度与色谱柱特性 二、分离条件的优化指标 三、色谱柱的峰容量
Copyright © 2012 Dalian Polytechnic University Song Jianguo
§3.5 分离度
塔板理论和速率理论都难以描述“物质对”的实际分离程度。 “物质对”的分离程度受色谱过程中两种因素的综合影响：
固定相已选定（已定），适当增大 k 有利于分离。
• L一定，N值一定，k越大，k/(1＋k)也越大，R 越大； • R一定，k越大，所需的N值越小，柱子越短。但 k 不是
越大越有利。
k 0.5 1.0 3.0 5.0 8.0 10 30 50 k/(1+k) 0.33 0.50 0.75 0.83 0.89 0.91 0.97 0.98
L1
(
R2 R1
)2
§3.5 分离度
③ 分离因子
R N ( 1) k2 4 1 k2
越大，柱选择性越好，分离效果越好。 对R的影响：
1.0 1.001 1.01 1.1 1.5 2.0
(-1)/ 0 0.001 0.01 0.091 0.33 0.50
改变值方法：
初始 ⑴固定相，使各组分的
§3.5 分离度
2. 色谱的峰容量
定义：对给定色谱系统和操作条件，在一定时间内， 最多能从色谱柱洗出达到一定分离度的色谱峰个数。
假设在一定的时间内，被分离色谱峰的区域宽度
相等，则分离峰的数目为：
最后一个峰的容量因子
N n 1 4 ln(1 kmax )
n取决于N和最后一个峰的保留时间（tR）与死时间之比（t0）
W W 1/ 2(2)
1/ 2(1)
若两峰底宽近似相等，W1≈W2，半高峰宽（R1/2）与峰底宽 （R）分离度的关系：
R1/ 2 W 4 1.699 R W1/ 2 2.354
§3.5 分离度
③ 峰高分离度（Rh）
f Rh g
交点O到峰谷的距离 交点O到基线的距离
o
f
g
两峰重叠 f < g， 则：Rh< 1
保留值之差──色谱过程的热力学因素； 区域宽度──色谱过程的动力学因素。
色谱分离中的四种情况如图所示：
① 柱效较高，选择性好（α较大），完全分离；
② 选择性不是很好，柱效较高，峰较窄，基本上完全分离； ③ 柱效较低，选择性好，但分离的不好； ④ 选择性差，柱效低，分离效果更差。
§3.5 分离度
分离度：定量描述相邻两组份在色谱柱内分离程度的指标