平衡塔板理论与非平衡塔板理论的对比研究

摘要

色谱技术的发展是依赖于色谱仪器实现的，而色谱仪器的改进与发展要以色谱理论作为基础、支撑和推动。因此，可以说色谱理论的研究是色谱技术进步的关键。
　　 本文以Martin的塔板理论为基础，尝试从两种不同的色谱动力学角度解释色谱分离过程并发展成两种不同的色谱理论，分别叫做新的非平衡塔板理论和扩展的平衡塔板理论。主要研究工作如下：
　　 第一，对parcel模型进行了深入的探讨，分析了模型的不足。通过借鉴parcel模型的经验，基于Fick第一扩散定律提出了新的非平衡塔板理论。该理论充分考虑了样品在两相间传质过程中存在的阻力，并引进参数非平衡分配系数DN来描述传质阻力的大小。借助于计算机程序，利用新的非平衡塔板理论实现了线性分配条件下色谱峰形的模拟，讨论了各个参数对色谱峰形的影响。
　　 第二，对于Martin的平衡塔板理论进行了深刻的分析，认为溶质在两相中建立的平衡不是在单位板高内瞬时完成的，但是可以在色谱柱内通过一小段柱长实现平衡分配。把平衡分配时的板高变化为单位板高的倍数叫做“折合板高倍数”，ME。这样，不同的色谱分离过程被看作是在不同的平衡板高内平衡分配的结果，把通过调节板高的变化来实现平衡分配的平衡塔板理论称之为扩展的平衡塔板理论。借助于计算机程序，同样利用扩展的平衡塔板理论进行线性分配条件下色谱峰形的模拟。
　　 第三，从定性和定量两个方面对新的非平衡塔板理论和扩展的平衡塔板理论模拟出的峰形进行了比较。最后推导出当两个理论的特有参数满足关系式ME=2/DN-1时，两个理论模拟出的色谱峰形是没有差异的。这表明在线性分配条件下平衡分配和非平衡分配不会对色谱分离结果产生影响，由此可以证明Martin在塔板理论中“溶质在塔板上实现平衡分配”的假设不会对塔板理论的实用性造成影响。有了这个结论，在以后的实际研究中可以大胆地用平衡分配问题代替非平衡分配问题，这必将给实际的研究工作带来了极大的方便。