影響理論塔板高度的因素
同修 / 2022-07-05
影響理論塔板高度的因素
隨著色譜柱長度增加,色譜峰將越來越變平變寬,最終在流出液中該物質的濃度會變得太稀,而不能在收集部分中加以測定。與此同時,對應于這一色譜峰的流出液體積將隨柱長的平方根而增大(見式(6.72))。
在離子交換色譜中,大的柱外觀比(aspect ratio,即柱長與直徑的比值)通常被認為是有利的。但柱徑很細(柱直徑小于顆粒直徑的30倍)會引起“柱壁效應”,也就是說,由于在柱壁和柱軸處液體的流速有顯著差異而引起離子穿透柱的滲漏增大,使分辨率下降。已經證明,柱直徑很大時會使渦流擴散增大(式(6.61)中第一項),因而會使塔板高度變大。
離子交換劑的類型和交聯(lián)度,以及溶液中反應的影響 從文獻中未能找到適當數據,可以說明理論塔板高度與離子交換劑功能團的關系。對于交聯(lián)度相似、完全離解的離子交換劑,可以預料,理論塔板高度應當在同一數量級。如果在離子交換劑中化學反應進行較慢,塔板高度將會增加,如同從酚磺酸型陽離子交換劑上洗脫Ca”時所觀察到的那樣。可以預料,用螯合樹脂分離金屬時,塔板高度是比較大的。
用檸檬酸鹽緩沖溶液和EDTA緩沖溶液從陽離子交換柱上洗脫輕稀土的實驗表明,用EDTA洗脫時,雖然分離因子較高,但分辨率卻比較低。用EDTA從磺酸型陽離子交換劑上洗脫稀土時,塔板高度較大的原因可以用溶液中存在一種緩慢的內反應(稀土-EDTA絡合物的生成和分解)來解釋 有關稀土-EDTA絡合物形成動力學的報道31以及用EDTA頂替展開分 辨 稀土的報道似乎證實了這種假設。在離子交換劑中或在溶液中進行著緩慢的內反應所造成的影響,在式(6.61)中并不是一目了然的,它只是隱含在離子的擴散系數中。
眾所周知隨著交聯(lián)度升高,粒擴散系數降低。如果在固定流速、固定交換劑的粒度等條件下,將交聯(lián)度不同的各種離子交換劑所具有的塔板高度(已對分配系數歸一化)進行比較,則塔板高度可以用單一變量——粒擴散系數的函數來表示:
H=A+B/D-+E+FD-
(6.74)
式中A,B,C,E,F(xiàn)在所用的實驗條件下都是常數。
塔板高度隨D而改變的現(xiàn)象是可以預期的(圖6.39),這種情況說明,總是存在著一個最佳的交聯(lián)度,此時H的數值最小。新近的一些研究支持這一結論。圖6.40所示的,是在某些體系中實驗測得的塔板高度(對容量分配系數入=10或20歸一化后)與溶脹樹脂中含水量的關系,含水量被認為是樹脂交聯(lián)度的量度。如果在一級近似下,認為粒擴散系數正比于樹脂的含水率,則在強堿性陰離子交換劑上分離稀土-EDTA絡合物和在磺酸基陽離子交換劑上分離堿土金屬時所得到的H~Wao/Zs曲線(圖6.40)與式(6.74)所預料的(圖6.39)相一致。分離堿金屬時所得到的H~Wno/Zs曲線上并無最低點,但當交聯(lián)度更高時,最低點就有可能出現(xiàn)。對于較大的絡合離子(例如稀土與EDTA或DCTA生成的絡合物,交聯(lián)度對塔板高度的影響尤其顯著。因為據推測,在這種情況下絡合物的大小與交聯(lián)度較大的離子交換劑中聚合物骨架的孔徑已較接近,因而有篩子效應發(fā)生。在嫁和鋼的磷酸鹽絡合物的陰離子交換分離中,也觀察到了交聯(lián)度對于塔板高度的明顯影響。對于稀士-EDTA絡合物,離子交換劑的交聯(lián)度從X4升高到X16使塔板高度增大了2個數量級,從而對稀土的分辨率產生顯著的影響(圖6.41)。其結果是,以Tb-Sm混合物為例,用中等交聯(lián)度的離子交換劑時,分辨率是滿意的,但用高交聯(lián)度交換劑時,分辨率下降到遠低于1(圖6.42),雖然隨著交聯(lián)度的提高分離因子是增大的(見圖6.37)(表6.5中的分類情況Io)。在陰離子交換劑上分離金屬離子與鹵素或其他配位體的絡合物時,也看到了交聯(lián)度的影響。對于小的無機離子來說,交聯(lián)度對于分辨率質量的影響就不很顯著,盡管這種影響依然是重要的。對于堿金屬,隨著交聯(lián)度升高,分離的質量有所改善(表6.4中的情況VI)(圖6.43)。當在磺酸型陽離子交換劑上用B-輕基乙二胺三乙酸緩沖液洗脫分離稀土時,交聯(lián)度從X12下降到X2會使塔板高度降低7倍以上。饒有趣味的是,對于同一體系,在洗脫劑中加入中性鹽類(例如NaCl)后,理論塔板高度會有明顯降低。鹽濃度升高,塔板高度降低;
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圖 6.40按床分配系數入'=10或入'=20歸一化的理論塔板高度
(25℃)與離子交換劑含水率的關系。
1——稀土在Dowex 1(H2Y2-)-Na2H2Y體系中,
2——稀土在Dowex 1(H2Z2-)-Na2H2Z體系中,
3——堿金屬在Dowex 50W(H+)-HC1體系中,
4——堿土金屬在Dowex 50W(H+)-HC1體系中。
而且還同陽離子有關,影響力按Li>Na>K的順序遞降。這種行為目前尚無理論解釋。
不僅標準的交聯(lián)度對于色譜分離的效率有影響,而且交聯(lián)度的均勻性似乎也有影響。在磺酸型陽離子交換劑上分離氨基酸時,用純的間—二乙烯苯交聯(lián)的樹脂比用苯乙烯及工業(yè)的二乙烯苯制得的樹脂能產生更狹窄的譜帶和更完全的分辨能力。