液相色譜梯度洗脫中的譜帶壓縮效應

2021年1月22日 13:28:28 來源: 色譜期刊
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  色譜, 2021, 39(1): 10-14

  DOI: 10.3724/SP.J.1123.2020.07042

  微型述評

  液相色譜梯度洗脫中的譜帶壓縮效應

  郝衛強*, 劉麗娟, 沈巧銀

郝衛強

《色譜》青年編委

  個人簡介

  博士,研究員,1976年出生。

  1994年就讀于中國藥科大學藥物分析專業,獲學士和碩士學位。2001年就讀于中國科學院大連化學物理研究所分析化學專業,獲博士學位。2005年進入復旦大學化學系博士后流動工作站。出站后先后在南京大學常州高新技術研究院以及常州工程職業技術研究院工作。

  長期從事液相色譜的基礎與應用研究。近年來對梯度液相色譜的分離機理展開了研究,推導得到該模式下不同色譜模型的解析解。在此基礎上探討了梯度洗脫的分離特點,并運用計算機輔助的方法對實踐中梯度分析條件進行了優化。

  主持和參與國家、省、市項目十余項,發表論文40余篇,獲中國發明專利授權4件、軟件著作權5件。榮獲復旦大學優秀博士后、江蘇省優秀科技工作者、常州市十佳科技工作者、常州市科教城首屆青年蓓蕾獎等榮譽。入選江蘇省第四期、第五期“333工程”培養對象第三層次。

  等度洗脫和梯度洗脫是液相色譜的兩種基本操作模式。在等度洗脫中,實驗參數如流動相組成(即強洗脫溶劑在流動相中的體積分數,φ)等為一常數。在梯度洗脫中,φ則會隨時間(t)的改變而發生變化。與等度洗脫相比,梯度洗脫有助于縮短分析時間,減少色譜峰的寬度,在實踐中有著廣泛應用。然而溶質的保留因子(k)以及傳質系數,如溶質沿色譜柱軸向的擴散系數(D)以及在固定相和流動相之間的吸附動力學系數(kf)等,也會隨著φ的改變而發生變化。在色譜理論中,色譜過程所涉及的對流、擴散、吸附等可通過由偏微分方程組構成的色譜模型進行描述。物理參數k、D、kf等往往出現在偏微分方程的系數之中。對于等度洗脫,這些參數為常數,因此等度洗脫所對應的色譜模型為常系數偏微分方程組。然而對于梯度洗脫,k、D、kf則會隨著φ的改變而發生變化,因此其所對應的色譜模型為變系數偏微分方程組,這就增加了數學分析的難度。

  “譜帶壓縮效應”是梯度洗脫的重要特征。在梯度洗脫中,沿著流速方向,譜帶后沿所處的流動相洗脫強度將高于前沿。因此,位于譜帶后沿的溶質的遷移速率快于前沿,進而導致譜帶壓縮。在色譜中,溶質的遷移速率等于u/(1+k),其中u為流動相的線性流速。因此,譜帶壓縮的程度與k在譜帶區間的分布相關。對于等度洗脫,k為常數,因此譜帶壓縮效應在等度洗脫中并不存在。經典的范德姆特(van Deemter)理論塔板高度方程基于等度洗脫推導得到,因此并未包含譜帶壓縮效應的影響。但是對于梯度洗脫,由范氏方程所描述的因擴散或吸附等造成的譜帶展寬現象(即理論塔板高度H>0)依然存在。在梯度洗脫中譜帶壓縮和譜帶展寬現象同時并存,這也增加了分離機理研究的難度。Gritti和Guiochon指出,目前對于譜帶壓縮效應的研究尚未引起足夠的重視。


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