色譜分析技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)--動力學(xué)理論
早在本世紀(jì)初,俄國植物學(xué)家Tswett研究植物色素的組成時,就首先提出了色譜法這一概念,并且認(rèn)識色譜法為分離技術(shù)的潛力。然而遺憾的是,除了幾例吸附色譜法分離某些天然產(chǎn)物之外,色譜法并未引起人們足夠的重視,而被隔置許多年。
色譜技術(shù)的發(fā)展
1931年,Lederer和KuhnWinterstein的工作進(jìn)一步表明了色譜法作為一中化工分離技術(shù)的潛力。接著是Zechmeisrer和Cholnoky,strain以及Karrer和Strong,他們用色譜法分離出克量級的植物色素混合物(葉綠素、葉黃素、葉紅素)以及其他的天然產(chǎn)物(例如辣淑紅等)。自此色譜分離技術(shù)才引起各國科學(xué)家的足夠重視。
1941年Martin和Simge提出了分配色譜的概念。并巧妙地把描述分餾過程的塔板理論移植并應(yīng)用色譜過程,獲得了很大的幫助。他們還指出使用小顆粒填料和高的移動相壓力,還可以改善液相色譜的效能。并且還預(yù)言,液相色譜的流動相可用氣體所代替,這不僅大大促進(jìn)了液相色譜的發(fā)展,同時也為氣相色譜的出現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。雖然Martin和Simge早在40年代初就預(yù)見性的指出,液相色譜的流動相也可用氣相所代替,但是一直到1952年James和Martin才發(fā)表第一篇有關(guān)氣相色譜的論文。自此,氣相色譜才引起人們的高度重視,得到了卓有成效的發(fā)展。
目前氣相色譜的技術(shù)已達(dá)到相當(dāng)完善的程度,在石油、化學(xué)、化工、生物、醫(yī)學(xué)、食品等各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。氣相色譜的產(chǎn)生,可以說是色譜技術(shù)的一項革命性的發(fā)展。但是應(yīng)用氣相色譜技術(shù)只能分析分離能夠氣化的物質(zhì),或者在分析溫度下具有足夠蒸氣壓的物質(zhì)。對于非揮發(fā)性的物質(zhì)、熱敏性的物質(zhì),以及具有生物活性物質(zhì)分析分離,氣相色譜技術(shù)將無能為力。為了根本上解決氣相色譜技術(shù)的不足之處,高效液相色譜(HPLX)就應(yīng)運而產(chǎn)生了。
色譜動力學(xué)理論
從四十年代起,隨著液相色譜技術(shù)的發(fā)展,許多研究者對色譜基礎(chǔ)理論進(jìn)行了不懈的研究,提出了眾多理論。其中比較著名的有:平衡色譜理論、塔板理論、軸向擴(kuò)散理論、速率理論、雙膜理論等。
1、平衡色譜理論
早在1940年,Wilson就提出來了平衡色譜理論,隨后DeVault等人應(yīng)用這一理論解釋實驗現(xiàn)象,使這一理論得到了進(jìn)一步發(fā)展。此理論認(rèn)為在整個色譜過程中,組分在流動相和固定相之間的分配平衡能瞬時達(dá)成。平衡色譜理論能很好地解釋實驗過程中譜線的移動速度,以及非線性等溫線時的流出曲線形狀。但是,由于這一理論忽略了傳質(zhì)速率的有限性與物質(zhì)分子軸向擴(kuò)散性的影響,因而不能解釋線性色譜條件下的區(qū)域擴(kuò)張現(xiàn)象。
2、塔板理論
1941年,Martin和Synge在提出分配色譜的論文中,闡述了色譜、蒸餾和萃取之間的相似性,提出了色譜的塔板理論。在這一理論中,他們將色譜過程比擬為蒸餾過程,把色譜看成是由一系列平衡單元一理論塔板所組成。在每一個塔板高度內(nèi),組分在流動相和固定相之間的分配平衡能瞬時達(dá)成。在色譜柱足夠長,理論塔板高度足夠小,以及線性等溫線的條件下,塔板理論可以對色譜流出曲線分布、譜帶移動規(guī)律以及柱長與理論塔板高度對區(qū)域擴(kuò)張的影響等給予近似的說明。但是塔板理論對影響理論塔板高度的各種因素沒有從本質(zhì)上考慮,因而這一理論只是半經(jīng)驗的理論,不能揭示色譜過程的本質(zhì)。盡管如此,塔板理論對于色譜早期理論的發(fā)展,還是做出了寶貴的貢獻(xiàn)。而且,由于塔板理論能簡單明地說明柱效,所以仍為大多數(shù)色譜研究者所接受。
3、軸向擴(kuò)散理論
為了進(jìn)一步揭示色譜過程的本質(zhì),Amundson等人通過大量實驗,提出了色譜的軸向擴(kuò)散理論。這個理論認(rèn)為,在色譜過程中,組分在流動中的軸向擴(kuò)散是影響色譜區(qū)域譜帶擴(kuò)張的主要因素,而有限的傳質(zhì)速率對區(qū)域譜帶擴(kuò)張沒有影響。當(dāng)傳質(zhì)速率較快而軸向擴(kuò)散為區(qū)域擴(kuò)張的主要因素時,軸向擴(kuò)散理論具有較好的指導(dǎo)意義。例如,在氣相色譜中,當(dāng)流動相的流速較低,且柱溫較高時,軸向擴(kuò)散理論能很好地解釋實驗結(jié)果。
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