逆流色谱分离过程理论研究及应用

论文摘要

逆流色谱是20世纪70年代发展起来的一种新型分离技术,它利用高速旋转产生的离心力场,使互不溶的两平衡相在色谱柱内进行剧烈混合与分相,形成连续的混合区与分相区实现萃取过程,再利用不同物质在溶剂系统的分配系数不同进行多级萃取分离与提纯。与普通的色谱技术相比,逆流色谱有很多其他色谱技术不可比拟的优势,尤其是分离过程中样本的无损性得到了很高的评价。近年来,已经广泛地应用到各个领域,尤其是天然产物的分离、提纯中来。本文从逆流色谱的基础理论出发,从机械原理、流体动力学原理及溶剂体系的热力学性质等方面综述了近年来逆流色谱分离过程理论研究成果。深入研究了逆流色谱分离过程的溶质在色谱柱内浓度分布,应用串级萃取理论表对分离过程进行了直观详细的描述,提出了逆流色谱分离过程的TCCET模型。通过研究发现溶质在色谱柱内浓度分布遵循二项分布,而色谱柱出口浓度分布为负二项分布,从而应用浓度分布方程的统计特征对分离过程进行了详细分析,并通过实验验证了这一模型的正确性。在对TCCET模型进行扩展中发现,该模型具有线性叠加性,可用来追踪不同进样时间及不同进样体积对色谱图的影响。讨论了大进样体积对分离过程效率的影响,发现在大进样体积可使高保留率下色谱过程的分辨能力会下降,并且分离效率随着设备的理论级数的增大增加得较为缓慢。当进样体积达到一程度时,增加分离级数并不能取得显著的分离效果,而设备成本却大大增加,经济效益会急剧下降,对逆流色谱工业化有重要的影响。实验中应用不同辛醇—水分配系数下的一系列标准品,对不同的溶剂系统下分配系数的变化规律进行了初步研究,应用溶剂体系的混合溶解度参数描述溶剂系统两相差异,并对分配系数进行了关联,发现在实验用的溶剂系统中,其分配系数变化均可用二次多项式进行关联,其相关系数均可达到90%以上。应用该关联式可预测待分离样本在实验范围内同一溶剂系统中的分配系数变化规律,加速溶剂系统的选择。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 逆流色谱理论基础
• 1.2.1 基本概念
• 1.2.2 样本保留
• 1.2.3 保留因子与选择性
• 1.2.4 分辨率
• 1.3 逆流色谱与高效液相色谱
• 1.4 逆流色谱机械原理
• 1.4.1 I-型逆流色谱力场分析
• 1.4.2 J-型逆流色谱力场分析
• 1.4.3 盘旋逆流色谱柱力场分析
• 1.5 逆流色谱流固定相保留
• 1.5.1 流体动力学特征
• 1.5.2 固定相保留
• 1.6 逆流色谱的溶剂系统
• 1.6.1 溶剂系统的热力学性质
• 1.6.2 溶剂系统选择
• 1.6.3 一种实用的溶剂系统选择方法
• 1.7 逆流色谱的洗脱方式
• 1.7.1 传统洗脱方法
• 1.7.2 洗脱—挤压法
• 1.7.3 循环双向洗脱法
• 1.8 逆流色谱过程模型分析
• 1.8.1 Sutherland模型
• 1.8.2 Kostanian模型
• 1.8.3 Guzlek模型
• 1.9 逆流色谱在天然产物分离中的应用
• 第二章 逆流色谱分离过程TCCET模型
• 2.1 引言
• 2.2 逆流色谱与萃取
• 2.3 模型描述
• 2.3.1 模型假设
• 2.3.2 过程模型描述
• 2.4 串级萃取理论表及其应用
• 2.4.1 串级萃取理论表
• 2.4.2 单向洗脱模式
• 2.4.3 双向洗脱模式
• 2.5 浓度分布方程的数学处理
• 2.5.1 浓度分布方程的解析解
• 2.5.2 浓度分布方程的高斯变换
• 2.6 由色谱图计算理论级数
• 第三章 TCCET模型应用及扩展
• 3.1 引言
• 3.2 模拟环境及算法
• 3.2.1 模拟环境
• 3.2.2 算法选择
• 3.3 分配系数、固定相保留率及理论级数对色谱图的影响
• 3.3.1 保留时间变化规律
• 3.3.2 峰宽变化规律
• 3.3.3 峰高变化规律
• 3.3.4 分辨率变化规律
• 3.4 实际逆流色谱分离过程及模拟
• 3.4.1 实验仪器
• 3.4.2 实验用样本及试剂
• 3.4.3 逆流色谱分离过程及结果分析
• 3.5 TCCET模型的扩展
• 3.5.1 TCCET理论模型的实际应用分析
• 3.5.2 进样体积变化对色谱峰的影响概况
• 3.5.3 流动相进样对色谱峰的影响
• 第四章 溶剂系统选择
• 4.1 引言
• 4.2 溶剂系统与分配系数
• 4.3 溶剂系统的物性估计的热力学计算方法
• 4.4 溶质与溶剂间的相互作用
• 4.5 溶质的分配系数
• 4.6 实验部分
• 4.6.1 溶剂系统组成配比
• 4.6.2 溶剂系统物性
• 4.6.3 各溶剂体系下标准品的分配系数变化
• 4.7 基于溶液热力学的溶剂体系选择
• 结论与展望
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间研究成果