離子交換動力學時間t

『壹』 離子進入根細胞可劃分為幾個階段

關於養分如何進入根細胞，有多種解釋和假說。目前，普遍被人們所接受的有：離子進入根細胞可劃分為主動吸收和被動吸收兩個階段。

①離子的被動吸收。離子的被動吸收主要通過截獲、擴散、質流或離子交換先進入根中的「自由空間」。它是從細胞壁到原生質膜，還包括細胞間隙。因為細胞壁帶有負電荷，所以陽離子進入根中較陰離子多，而且在很短時間內就與外界溶液達到平衡。在最初階段陰、陽離子的吸收屬被動吸收。

②離子的主動吸收。許多研究資料證明，果樹體內離子態養分的濃度常比外界土壤溶液濃度高，有時竟高達數十倍甚至數百倍，而仍能逆濃度吸收，且吸收養分還有選擇性。這種現象很難從被動吸收來解釋。所以，離子的擴散、質流以及離子的交換只能說明離子態養分吸收的一個現象，而不能說明其原因與機理。目前，相關研究人員從能量的觀點和酶動力學原理來研究主動吸收離子態養分，並提出載體解說和離子泵解說。

『貳』 離子交換過程的5個步驟

離子交換過程歸納為如下幾個過程1.水中離子在水溶液中向樹脂表面擴散2.水中離子進入樹脂顆粒的交聯網孔，並進行擴散3.水中離子與樹脂交換基團接觸，發生復分解反應，進行離子交換4.被交換下來的離子，在樹脂的交聯網孔內向樹脂表面擴散5.被交換下來的離子，向水溶液中擴散影響交換的主要因素有流速、原料液濃度、溫度等。流速原料液的流速實際上反映了達到反應平衡的時間，在交換過程中，離子進行擴散—交換—擴散一系列步驟，有效地控制流速很重要。一般，交換液流速大，離子的透析量就高，未來及交換而通過樹脂層流失的量增多。因此，應根據交換容量等選擇適宜的流速。原料液濃度樹脂中可交換的離子與溶液中同性離子既有可能進行交換，也有可能相斥，液相離子濃度高，樹脂接觸機會多，較易進入樹脂網孔內，液相濃度低，樹脂交換容量大時，則相反。但液相離子濃度過高，將引起樹脂表面及內部交聯網孔收縮，也會影響離子進入網孔。實驗證明，在流速一定時，溶液濃度越高，溶質的流失量液越大。溫度溫度越提高，離子的熱運動越劇烈。單位時間碰撞次數增加，可加快反應速率。但溫度太高，離子的吸附強度會降低，甚至還會影響樹脂的熱穩定性，經濟上不利，實際生產中採用室溫操作較宜。

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『叄』 海相油氣儲層酸化及酸壓技術原理

3.6.1.1 酸化工藝簡介

酸化是以酸作為工作液對油氣（水）層進行增產（注）措施的總稱。是通過井眼向地層注入一種或幾種酸液（或酸性混合液）以溶解地層中的礦物質，從而恢復或增加井筒附近的滲透率，從而使油氣井增產（或注水井增注）的一種工藝措施。

酸化作為一種增產措施始於1895年。目前，酸化技術成功地應用於常規油氣層增產改造，並可以對高溫深井、低壓低滲油井、高含硫井、高孔低滲儲層及復雜結構井等進行有效作業，在油氣田的勘探開發中起著重要作用。

（1）酸化工藝分類

酸化按不同工藝可分為：酸洗、基質酸化及壓裂酸化（李穎川，2002）。

1）酸洗：酸洗是清除井筒中的酸溶性結垢或疏通射孔孔眼的工藝。它是將少量酸定點注入預定井段，溶解井壁結垢物或射孔眼堵塞物。也可通過正反循環使酸不斷沿井壁和孔眼流動，以此增大活性酸到井壁面的傳遞速度，加速溶解過程。

2）基質酸化：基質酸化是在低於岩石破裂壓力下將酸注入儲層中，使酸基本沿徑向滲入儲層，溶解孔隙空間內的顆粒及堵塞物，從而消除井筒附近儲層污染，恢復和提高儲層滲透率，達到恢復油氣井產能和增產的目的。

3）壓裂酸化：壓裂酸化（酸壓）是將酸液在高於儲層破裂壓力或天然裂縫的閉合壓力下擠入儲層，從而形成裂縫。酸液會與裂縫壁面岩石發生反應，由於酸液非均勻的刻蝕縫壁，會形成溝槽狀或凹凸不平的刻蝕裂縫，施工結束裂縫不能完全閉合，從而形成具有一定幾何尺寸和導流能力的裂縫，達到改善油氣井的滲流狀況而增產的目的，該工藝一般只用於碳酸鹽岩油氣層。

（2）增產原理

1）基質酸化增產原理。基質酸化增產作用主要表現在：

A.酸液擠入孔隙或天然裂縫與其發生反應，溶蝕孔壁或裂縫壁面，增大孔徑或擴大裂縫，提高儲層的滲流能力。

B.溶蝕孔道或天然裂縫中的堵塞物質，破壞泥漿、水泥及岩石碎屑等堵塞物的結構，疏通流動通道，解除堵塞物對儲層的污染。

2）壓裂酸化增產原理。壓裂酸化是碳酸鹽岩儲層增產措施中應用最廣的工藝。壓裂酸化的增產原理主要表現在：

A.消除井壁附近的儲層污染。

B.壓裂酸化溶蝕裂縫增大油氣沿井內滲流的滲流面積，改善油氣的流動方式，增大井附近油氣層的滲流能力。

C.溝通遠離井筒的高滲透帶、儲層深部裂縫系統及油氣區。

無論是在近井污染帶內形成通道，或改變儲層中的流型都可獲得增產效果。小酸量處理可消除井筒污染，恢復油氣井天然產量，大規模深部酸壓處理可使油氣井大幅度增產。

3.6.1.2 酸岩反應動力學原理

（1）酸與碳酸鹽岩的化學反應

在酸壓過程中，主要化學反應是鹽酸與石灰岩以及白雲岩間的反應。

（2）基質酸化中的蚓孔效應及控制

1）基質酸化中的酸蝕蚓孔。基質酸化施工時，酸液按徑向流入目的層，形成的酸蝕蚓孔也沿井筒發散分布，2000年Fred研究表明，不同注酸條件下將產生不同的酸蝕形態。低排量下產生均勻溶蝕對酸化施工沒有效果，而高排量下形成的高度分枝結構將浪費大量酸液且不能產生高導流能力的大孔徑酸蝕蚓孔，只有在合適的注酸條件下才會形成理想的酸蝕主蚓孔。

2）基質酸化中蚓孔效應的控制。對於碳酸鹽岩基質酸化而言，主要的目標是有效促進酸岩反應形成單一主蚓孔。從而實現少酸量、深穿透。可以在室內實驗基礎上優化注酸條件組合，設計最優的施工排量，選擇合適酸液類型、酸液濃度和注酸方式。對於溫度較高的碳酸鹽岩地層著重應考慮緩速和降濾失。

圖3-171 蚓孔鑄體模型

（3）酸壓中的蚓孔效應及控制

1）酸壓中的蚓孔效應。酸壓中由於形成酸蝕蚓孔，酸液濾失表現為裂縫壁面向基質的濾失和酸蝕蚓孔引起的濾失。在兩者的共同作用下產生大量不穩定的酸液濾失，從而使得酸液的有效穿透舉例大大減小。酸蝕蚓孔濾失是主控因素，它不僅是在原有的微裂縫和原生孔洞的基礎上進一步增大主幹蚓孔的孔隙空間，同時還包括向蚓孔岩石壁面的對流而產生次生蚓孔和多分支小蚓孔。然而，酸液濾失量主要受酸液的黏度和酸蝕蚓孔擴展速度的影響，其中酸液的黏度又受到微裂縫和蚓孔中溫度以及剪切效應的影響。

2）酸壓中蚓孔效應的控制。酸壓中施工排量較高、施工壓力較大，因此蚓孔的形成是不可避免的，且蚓孔的擴展比基質酸化加劇。同時為了取得較長的裂縫和溝通遠井地帶的油氣，必須提高排量。這樣使得蚓孔的控制更為復雜。國內外主要從液體體系和施工工藝兩個方面來控制酸壓中的蚓孔效應，採用非常規液體體系代替常規酸液體系。如緩速酸、稠化酸等，主要機理是通過降低酸岩反應速率來降低蚓孔的擴展速度，從而增加酸蝕有效作用距離。同時也採用多級交替注入和閉合裂縫酸化等工藝來降低蚓孔效應的影響。

3.6.1.5 酸化施工設計

（1）選井選層

酸化處理效果雖然與施工工藝、施工參數有一定的關系，但是起決定作用的還是地質因素。選井選層的總目的是改造中低滲層、提高產能；對於勘探而言，還可以起到正確認識和評價油氣層的作用。

為了取得較好的增產效果和提高措施的成功率，選井選層方面應該遵循以下一些原則：①應優先選油氣顯示好，而試油效果差的層。如果不能投產的原因是泥漿堵塞，應進行解堵酸化；堵塞嚴重者可考慮進行中小型酸壓；②鄰近井產量高而本井的產量低或無產量的井應該優選；③井低產的原因如果為井底附近縫洞不發育，可以進行大中型酸壓，特別應該選擇高產井旁邊的低產井進行酸壓；④對於油水（氣）邊界的井，或存在氣水夾層的井應該慎重對待，可進行常規酸化，不宜進行酸壓；⑤對於有多產層的井而言，一般應首先要處理低滲透層。

（2）酸化施工設計

1）解堵酸化設計。對於裂縫性碳酸鹽岩油氣層，如果近井地帶存在堵塞，且堵塞范圍不大時可採用解堵酸化來處理。酸液可以破壞泥漿的膠體結構，從而使泥漿變稀排出地層。一般有一定生產能力的油氣層，遭受泥漿侵害後產量低或不能投產，經過小酸量處理後，產量可以成幾倍或幾十倍的增加。

解堵酸化設計主要要確定酸液用量及濃度、擠酸壓力和排量及返排時間3個工藝參數。

A.用酸量及酸液濃度。實踐表明，以微裂縫為主的產層，解堵實際擠入地層的酸量10m³以下為宜，變化范圍為3～10m³。構造裂縫為主的產層，用酸量宜大一些，一般6～40m³，由於裂縫性地層縫洞發育的不均一性，按打開井段長度考慮用酸量沒有意義，宜根據地層吸收能力、油（氣）層裸露或射開的厚度、鑽井用泥漿比重及其在地層中浸泡的時間並結合經驗數字來確定。酸濃度以10%～15%為宜，如果岩性較緻密可用更高的濃度，反之可以適當的降低濃度。

B.擠酸壓力和排量。為了解除整個油氣層段上的堵塞，必須使酸液能夠均勻的進入到地層縱向各個井段，避免酸液單點突入。應控制泵壓高於地層初始吸收壓力，但低於地層破裂壓力及管套容許壓力。排量應在保證酸液均勻進入地層各井段的條件下盡快地擠入地層，以擴大處理范圍，應根據地層的吸收能力而變化。

C.返排時間。為了避免殘酸反應產生二次沉澱及防止殘酸中不溶物質的微粒重新堵塞地層孔道，擠酸完畢後，應立即開井排液。白雲岩地層反應速度較灰岩慢，可以根據具體實驗情況，適當關井一段時間後開井排液。

2）壓裂酸化設計（據李穎川，2002）。壓裂酸化工藝很多，設計的步驟和方法大致一樣。這里簡單介紹酸壓設計方法和步驟。

A.酸化處理設計應收集的資料。完善的酸化處理設計應收集下列數據項；井的數據、儲層參數、岩石力學數據、壓裂液、酸液數據、岩心分析數據及泵注數據等。

B.酸化處理設計包括的內容。酸化處理設計應包括下列內容：井的基本數據，鑽井、試油、採油簡史，綜合分析施工目的及效果預測，主要施工參數及泵注程序，施工准備，施工步驟，施工質量要求及安全注意事項，施工後井的管理，施工勞動組織及環境保護，施工所需設備、材料及費用預算等。

根據施工目的、井及儲層條件、室內岩心數據等選擇適合的酸化工藝，確定酸化工作液（前置液、酸液、頂替液）的類型、配方、用量及施工壓力、排量等參數。

碳酸鹽岩儲層的酸化處理常採用鹽酸體系，主要有常規鹽酸體系、稠化酸體系、泡沫酸體系、乳化酸體系、化學緩速酸體系，在設計時可根據實際情況進行選擇。

酸濃度可由溶蝕試驗確定。國內酸化處理鹽酸濃度多介於15%～20%。酸液用量則據酸化改造的范圍和力度來確定。酸液用量一般為動態裂縫體積的1.5～5倍，也可根據優化設計的要求由計算機模擬確定。

壓裂酸化處理時要求施工排量大於儲層的吸收能力，以保證裂縫的形成及延伸。如井身質量合格，應充分發揮設備能力，高排量注入，有利於造寬縫、長縫，也可使酸液快速向儲層深部推進，提高有效作用距離。

C.酸化施工設計計算。主要包括兩方面：一是施工參數確定，包括：儲層最大吸入能力、破裂壓力、液柱壓力、摩阻計算，井口極限施工排量、井口施工泵壓和入井液量等。這些參數的確定應結合室內試驗研究和模擬計算。二是酸化過程的模擬計算及效果預測，主要是綜合應用動態裂縫尺寸、酸液濃度分布規律及有效作用距離、酸蝕裂縫導流能力及增產倍比等進行酸化設計模擬，分析不同施工參數對酸化效果的影響，指導酸化設計，優選施工方案，減少施工盲目性。

『肆』 離子交換動力學過程的五個步驟是什麼其中，離子交換的速度由哪些步驟決定

吸鹽慢洗這個程序，60分鍾

『伍』 求2011考研西醫綜合真題及標准答案，本人想對一下答案，急！謝謝!

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『陸』 關於化學反應速率的2個問題。急！！

1.濃度，濃度越大反應速率
2.溫度，一般來說，溫度越高速率越快。版
3.壓強：對有氣體權參加或生成的反應來說，壓強越大，速率越快。
4.催化劑:正催化劑可加快反應速率
5.其他如光、射線、反應物的顆粒度大小等等

『柒』 離子交換法與反滲透法各有什麼特點

反滲透（RO）和離子交換（IE）的比較，反滲透與離子交換優缺點，由於水處理設備的工藝是根據不同的原水水質和出水要求而設計的，針對不同的原水水質特點而設計水處理方案才是最經濟有效的方案，同時也是出水水質長期穩定達到要求的保證。除鹽處理工藝的要求是多樣的，用戶對不同技術的看法也是不同。例如有些用戶希望用反滲透技術，而有些用戶則希望用更傳統的技術如離子交換，另外有些用戶則以低投資為主要考慮因素。

社會效益：反滲透是當今最先進的除鹽技術，利用反滲透對水進行除鹽，除鹽率在97％以上。該工藝工作量輕，維護量極小，反滲透實行自動操作，人員配置較少，操作管理方便。

離子交換是七十年代以來普遍採用的除鹽工藝，它是靠離子交換化學交換來完成對水進行除鹽。該工藝操作量較多名維護量較大，人員配置較多，從目前鍋爐除鹽水工藝系統應用來看，離子交換逐漸被反滲透工藝所取代。反滲透是以電能為動力，無需酸鹼再生，若離子交換的工作周期為1天，那麼採用反滲透脫除原水97%的鹽分，在用離子交換來擔負3%的鹽分，將使離子交換的工作周期延至長30天以上，極大程度減少酸鹼再生廢液的排放量，降低了對環境的影響，大大減輕了酸鹼排放廢水的處理負擔。離子交換除鹽化學交換，需要酸鹼再生，其再生頻率大，酸鹼用量大，對周圍的水和大氣環境均有較大程度的影響。

『捌』 誰幫我寫個關於色譜的論文

色譜法
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色譜法又稱色譜分析、色譜分析法、層析法，是一種分離和分析方法，在分析化學、有機化學、生物化學等領域有著非常廣泛的應用。色譜法利用不同物質在不同相態的選擇性分配，以流動相對固定相中的混合物進行洗脫，混合物中不同的物質會以不同的速度沿固定相移動，最終達到分離的效果。色譜法起源於20世紀初，1950年代之後飛速發展，並發展出一個獨立的三級學科——色譜學。歷史上曾經先後有兩位化學家因為在色譜領域的突出貢獻而獲得諾貝爾化學獎，此外色譜分析方法還在12項獲得諾貝爾化學獎的研究工作中起到關鍵作用。
目錄
[隱藏]

* 1 歷史
o 1.1 色譜的起源
o 1.2 分配色譜的出現和色譜方法的普及
o 1.3 氣相色譜和色譜理論的出現
o 1.4 高效液相色譜
* 2 原理
o 2.1 吸附色譜
o 2.2 分配色譜
o 2.3 離子交換色譜
o 2.4 凝膠色譜
* 3 色譜理論
o 3.1 關於保留時間的理論
o 3.2 基於熱力學的塔板理論
o 3.3 基於動力學的Van Deemter方程
* 4 基本技術和方法
* 5 應用
* 6 發展方向
o 6.1 新固定相的研究
o 6.2 檢測方法的研究
o 6.3 專家系統
o 6.4 色譜新方法
* 7 參見

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歷史
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色譜的起源

色譜法起源於20世紀初，1906年俄國植物學家米哈伊爾·茨維特用碳酸鈣填充豎立的玻璃管，以石油醚洗脫植物色素的提取液，經過一段時間洗脫之後，植物色素在碳酸鈣柱中實現分離，由一條色帶分散為數條平行的色帶。由於這一實驗將混合的植物色素分離為不同的色帶，因此茨維特將這種方法命名為Хроматография，這個單詞最終被英語等拼音語言接受，成為色譜法的名稱。漢語中的色譜也是對這個單詞的意譯。

茨維特並非著名科學家，他對色譜的研究以俄語發表在俄國的學術雜志之後不久，第一次世界大戰爆發，歐洲正常的學術交流被迫終止。這些因素使得色譜法問世後十餘年間不為學術界所知，直到1931年德國柏林威廉皇帝研究所的庫恩將茨維特的方法應用於葉紅素和葉黃素的研究，庫恩的研究獲得了廣泛的承認，也讓科學界接受了色譜法，此後的一段時間內，以氧化鋁為固定相的色譜法在有色物質的分離中取得了廣泛的應用，這就是今天的吸附色譜。
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分配色譜的出現和色譜方法的普及
薄層色譜分離列印機黑色油墨的組成
放大
薄層色譜分離列印機黑色油墨的組成

1938年阿切爾·約翰·波特·馬丁和理查德·勞倫斯·米林頓·辛格准備利用氨基酸在水和有機溶劑中的溶解度差異分離不同種類的氨基酸，馬丁早期曾經設計了逆流萃取系統以分離維生素，馬丁和辛格准備用兩種逆向流動的溶劑分離氨基酸，但是沒有獲得成功。後來他們將水吸附在固相的硅膠上，以氯仿沖洗，成功地分離了氨基酸，這就是現在常用的分配色譜。在獲得成功之後，馬丁和辛格的方法被廣泛應用於各種有機物的分離。1943年馬丁以及辛格又發明了在蒸汽飽和環境下進行的紙色譜法。
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氣相色譜和色譜理論的出現

1952年馬丁和詹姆斯提出用氣體作為流動相進行色譜分離的想法，他們用硅藻土吸附的硅酮油作為固定相，用氮氣作為流動相分離了若干種小分子量揮發性有機酸。

氣相色譜的出現使色譜技術從最初的定性分離手段進一步演化為具有分離功能的定量測定手段，並且極大的刺激了色譜技術和理論的發展。相比於早期的液相色譜，以氣體為流動相的色譜對設備的要求更高，這促進了色譜技術的機械化、標准化和自動化；氣相色譜需要特殊和更靈敏的檢測裝置，這促進了檢測器的開發；而氣相色譜的標准化又使得色譜學理論得以形成色譜學理論中有著重要地位的塔板理論和Van Deemter方程，以及保留時間、保留指數、峰寬等概念都是在研究氣相色譜行為的過程中形成的。
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高效液相色譜

1960年代，為了分離蛋白質、核酸等不易汽化的大分子物質，氣相色譜的理論和方法被重新引入經典液相色譜。1960年代末科克蘭、哈伯、荷瓦斯、莆黑斯、里普斯克等人開發了世界上第一台高效液相色譜儀，開啟了高效液相色譜的時代。高效液相色譜使用粒徑更細的固定相填充色譜柱，提高色譜柱的塔板數，以高壓驅動流動相，使得經典液相色譜需要數日乃至數月完成的分離工作得以在幾個小時甚至幾十分鍾內完成。

1971年科克蘭等人出版了《液相色譜的現代實踐》一書，標志著高效液相色譜法 (HPLC)正式建立。在此後的時間里，高效液相色譜成為最為常用的分離和檢測手段，在有機化學、生物化學、醫學、葯物開發與檢測、化工、食品科學、環境監測、商檢和法檢等方面都有廣泛的應用。高效液相色譜同時還極大的刺激了固定相材料、檢測技術、數據處理技術以及色譜理論的發展。
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原理

色譜過程的本質是待分離物質分子在固定相和流動相之間分配平衡的過程，不同的物質在兩相之間的分配會不同，這使其隨流動相運動速度各不相同，隨著流動相的運動，混合物中的不同組分在固定相上相互分離。根據物質的分離機制，又可以分為吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜、凝膠色譜、親和色譜等類別。
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吸附色譜

吸附色譜利用固定相吸附中西對物質分子吸附能力的差異實現對混合物的分離，吸附色譜的色譜過程是流動相分子與物質分子競爭固定相吸附中心的過程

吸附色譜的分配系數表達式如下：

K_a =\frac{[X_a]}{[X_m]}

其中[Xa]表示被吸附於固定相活性中心的組分分子含量，[Xm]表示游離於流動相中的組分分子含量。分配系數對於計算待分離物質組分的保留時間有很重要的意義。
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分配色譜

分配色譜利用固定相與流動相之間對待分離組分溶解度的差異來實現分離。分配色譜的固定相一般為液相的溶劑，依靠圖布、鍵合、吸附等手段分布於色譜柱或者擔體表面。分配色譜過程本質上是組分分子在固定想和流動相之間不斷達到溶解平衡的過程。

分配色譜的狹義分配系數表達式如下：

K=\frac{C_s}{C_m}=\frac{X_s/V_s}{X_m/V_m}

式中Cs代表組分分子在固定相液體中的溶解度，Cm代表組分分子在流動相中的溶解度。
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離子交換色譜

離子交換色譜利用被分離組分與固定相之間發生離子交換的能力詫異來實現分離。離子交換色譜的固定相一般為離子交換樹脂，樹脂分子結構中存在許多可以電離的活性中心，待分離組分中的離子會與這些活性中心發生離子交換，形成離子交換平衡，從而在流動相與固定相之間形成分配。固定相的固有離子與待分離組分中的離子之間相互爭奪固定相中的離子交換中心，並隨著流動相的運動而運動，最終實現分離。

離子交換色譜的分配系數又叫做選擇系數，其表達式為：

K_s=\frac{[RX^+]}{[X^+]}

其中[RX + ]表示與離子交換樹脂活性中心結合的離子濃度，[X + ]表示游離於流動相中的離子濃度。
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凝膠色譜

凝膠色譜的原理比較特殊，類似於分子篩。待分離組分在進入凝膠色譜後，會依據分子量的不同，進入或者不進入固定相凝膠的孔隙中，不能進入凝膠孔隙的分子會很快隨流動相洗脫，而能夠進入凝膠孔隙的分子則需要更長時間的沖洗才能夠流出固定相，從而實現了根據分子量差異對各組分的分離。調整固定相使用的凝膠的交聯度可以調整凝膠孔隙的大小；改變流動相的溶劑組成會改變固定相凝膠的溶漲狀態，進而改變孔隙的大小，獲得不同的分離效果。
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色譜理論
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關於保留時間的理論

保留時間是樣品從進入色譜柱到流出色譜柱所需要的時間，不同的物質在不同的色譜柱上以不同的流動相洗脫會有不同的保留時間，因此保留時間是色譜分析法比較重要的參數之一。

保留時間由物質在色譜中的分配系數決定：

tR = t0(1 + KVs / Vm)

式中tR表示某物質的保留時間，t0是色譜系統的死時間，即流動相進入色譜柱到流出色譜柱的時間，這個時間由色譜柱的孔隙、流動相的流速等因素決定。K為分配系數，VsVm表示固定相和流動相的體積。這個公式又叫做色譜過程方程，是色譜學最基本的公式之一。

在薄層色譜中沒有樣品進入和流出固定相的過程，因此人們用比移值標示物質的色譜行為。比移值是一個與保留時間相對應的概念，它是樣品點在色譜過程中移動的距離與流動相前沿移動距離的比值。與保留時間一樣，比移值也由物質在色譜中的分配系數決定：

R_f=\frac{V_m}{V_m+KV_s}

其中Rf是比移值，K表示色譜分配系數，VsVm表示固定相和流動相的體積。
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基於熱力學的塔板理論

塔板理論是色譜學的基礎理論，塔板理論將色譜柱看作一個分餾塔，待分離組分在分餾塔的塔板間移動，在每一個塔板內組分分子在固定相和流動相之間形成平衡，隨著流動相的流動，組分分子不斷從一個塔板移動到下一個塔板，並不斷形成新的平衡。一個色譜柱的塔板數越多，則其分離效果就越好。

根據塔板理論，待分離組分流出色譜柱時的濃度沿時間呈現二項式分布，當色譜柱的塔板數很高的時候，二項式分布趨於正態分布。則流出曲線上組分濃度與時間的關系可以表示為：

C_t=\frac{C_0}{\sigma\sqrt{2\pi}} e^{-\frac{(t-t_R)^2}{2\sigma^2}}

這一方程稱作流出曲線方程，式中Ct為t時刻的組分濃度；C0為組分總濃度，即峰面積；σ為半峰寬，即正態分布的標准差；tR為組分的保留時間。

根據流出曲線方程人們定義色譜柱的理論塔板高度為單位柱長度的色譜峰方差：

H=\frac{\sigma^2}{L}

理論塔板高度越低，在單位長度色譜柱中就有越高的塔板數，則分離效果就越好。決定理論塔板高度的因素有：固定相的材質、色譜柱的均勻程度、流動相的理化性質以及流動相的流速等。

塔板理論是基於熱力學近似的理論，在真實的色譜柱中並不存在一片片相互隔離的塔板，也不能完全滿足塔板理論的前提假設。如塔板理論認為物質組分能夠迅速在流動相和固定相之間建立平衡，還認為物質組分在沿色譜柱前進時沒有徑向擴散，這些都是不符合色譜柱實際情況的，因此塔板理論雖然能很好地解釋色譜峰的峰型、峰高，客觀地評價色譜柱地柱效，卻不能很好地解釋與動力學過程相關的一些現象，如色譜峰峰型的變形、理論塔板數與流動相流速的關系等。
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基於動力學的Van Deemter方程

Van Deemter方程是對塔板理論的修正，用於解釋色譜峰擴張和柱效降低的原因。塔板理論從熱力學出發，引入了一些並不符合實際情況的假設，Van Deemter方程則建立了一套經驗方程來修正塔板理論的誤差。

Van Deemter方程將峰形的改變歸結為理論塔板高度的變化，理論塔板高度的變化則源於若干原因，包括渦流擴散、縱向擴散和傳質阻抗等。

由於色譜柱內固定相填充的不均勻性，同一個組分會沿著不同的路徑通過色譜柱，從而造成峰的擴張和柱效的降低。這稱作渦流擴散

縱向擴散是由濃度梯度引起的，組分集中在色譜柱的某個區域會在濃度梯度的驅動下沿著徑向發生擴散，使得峰形變寬柱效下降。

傳質阻抗本質上是由達到分配平衡的速率帶來的影響。實際體系中，組分分子在固定相和流動相之間達到平衡需要進行分子的吸附、脫附、溶解、擴散等過程，這種過程稱為傳質過程，阻礙這種過程的因素叫做傳質阻抗。在理想狀態中，色譜柱的傳質阻抗為零，則組分分子流動相和固定相之間會迅速達到平衡。在實際體系中傳質阻抗不為零，這導致色譜峰擴散，柱效下降。

在氣相色譜中Van Deemter方程形式為：

H=A+\frac{B}{\mu}+C\mu

其中H為塔板數，A為渦流擴散系數，B為縱向擴散系數，C為傳質阻抗系數，μ為流動相流速。

在高效液相色譜中，由於流動相粘度遠遠高於氣相色譜，縱向擴散對峰型的影響很小，可以忽略不計算，因而Van Deemter方程的形式為：

H = A + Cμ
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基本技術和方法

色譜法常見的方法有：柱色譜法、薄層色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等

柱色譜法是最原始的色譜方法，這種方法將固定相注入下端塞有棉花或濾紙的玻璃管中，將被樣品飽和的固定相粉末攤鋪在玻璃管頂端，以流動相洗脫。常見的洗脫方式有兩種，一種是自上而下依靠溶劑本身的重力洗脫，一種是自下而上依靠毛細作用洗脫。收集分離後的純凈組分也有兩種不同的方法，一種方法是在柱尾直接接受流出的溶液，另一種方法是烘乾固定相後用機械方法分開各個色帶，以合適的溶劑浸泡固定相提取組分分子。柱色譜法被廣泛應用於混合物的分離，包括對有機合成產物、天然提取物以及生物大分子的分離。

薄層色譜法是應用非常廣泛的色譜方法，這種色譜方法將固定相圖布在金屬或玻璃薄板上形成薄層，用毛細管、鋼筆或者其他工具將樣品點染於薄板一端，之後將點樣端浸入流動相中，依靠毛細作用令流動相溶劑沿薄板上行展開樣品。薄層色譜法成本低廉操作簡單，被用於對樣品的粗測、對有機合成反應進程的檢測等用途。

氣相色譜是機械化程度很高的色譜方法，氣相色譜系統由氣源、色譜柱和柱箱、檢測器和記錄器等部分組成。氣源負責提供色譜分析所需要的載氣，即流動相，載氣需要經過純化和恆壓的處理。氣相色譜的色譜柱一般直徑很細長度很長，根據結構可以分為填充柱和毛細管柱兩種，填充柱比較短粗，直徑在5毫米左右，長度在2－4米之間，外殼材質一般為不銹鋼，內部填充固定相填料；毛細管柱由玻璃或石英製成，內徑不超過0.5毫米，長度在數十米到一百米之間，柱內或者填充填料或者圖布液相的固定相。柱箱是保護色譜柱和控制柱溫度的裝置，在氣相色譜中，柱溫常常會對分離效果產生很大影響，程序性溫度控制常常是達到分離效果所必須的，因此柱箱扮演了非常重要的角色。檢測器是氣相色譜帶給色譜分析法的新裝置，在經典的柱色譜和薄層色譜中，對樣品的分離和檢測是分別進行的，而氣相色譜則實現了分離與檢測的結合，隨著技術的進步，氣相色譜的檢測器已經有超過30種不同的類型。記錄器是記錄色譜信號的裝置，早期的氣相色譜使用記錄紙和記錄器進行記錄，現在記錄工作都已經依靠計算機完成，並能對數據進行實時的化學計量學處理。氣相色譜被廣泛應用於小分子量復雜組分物質的定量分析。

高效液相色譜 (HPLC)是目前應用最多的色譜分析方法，高效液相色譜系統由流動相儲液體瓶、輸液泵、進樣器、色譜柱、檢測器和記錄器組成，其整體組成類似於氣相色譜，但是針對其流動相為液體的特點作出很多調整。HPLC的輸液泵要求輸液量恆定平穩；進樣系統要求進樣便利切換嚴密；由於液體流動相粘度遠遠高於氣體，為了減低柱壓高效液相色譜的色譜柱一般比較粗，長度也遠小於氣相色譜柱。HPLC應用非常廣泛，幾乎遍及定量定性分析的各個領域。
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應用

色譜法的應用可以根據目的分為制備性色譜和分析性色譜兩大類。

制備性色譜的目的是分離混合物，獲得一定數量的純凈組分，這包括對有機合成產物的純化、天然產物的分離純化以及去離子水的制備等。相對於色譜法出現之前的純化分離技術如重結晶，色譜法能夠在一步操作之內完成對混合物的分離，但是色譜法分離純化的產量有限，只適合於實驗室應用。

分析性色譜的目的是定量或者定性測定混合物中各組分的性質和含量。定性的分析性色譜有薄層色譜、紙色譜等，定量的分析性色譜有氣相色譜、高效液相色譜等。色譜法應用於分析領域使得分離和測定的過程合二為一，降低了混合物分析的難度縮短了分析的周期，是目前比較主流的分析方法。在中華人民共和國葯典中，共有超過600種化學合成葯和超過400種中葯的質量控制應用了高效液相色譜的方法。
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發展方向

色譜法是分析化學中應用最廣泛發展最迅速的研究領域，新技術新方法層出不窮。
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新固定相的研究

固定相和流動相是色譜法的主角，新固定相的研究不斷擴展著色譜法的應用領域，如手性固定相使色譜法能夠分離和測定手性化合物；反相固定相沒有死吸附，可以簡單地分離和測定血漿等生物葯品。
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檢測方法的研究

檢測方法也是色譜學研究的熱點之一，人們不斷更新檢測器的靈敏度，使色譜分析能夠更靈敏地進行分析。人們還將其他光譜的技術引入色譜，如進行色譜－質譜連用、色譜－紅外光譜連用、色譜－紫外連用等，在分離化合物的同時即行測定化合物的結構。色譜檢測器的發展還伴隨著數據處理技術的發展，檢測獲得的數據隨即進行計算處理，使試驗者獲得更多信息。
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專家系統

專家系統是色譜學與信息技術結合的產物，由於應用色譜法進行分析要根據研究內容選擇不同的流動相、固定相、預處理方法以及其他條件，因此需要大量的實踐經驗，色譜專家系統是模擬色譜專家的思維方式為色譜使用者提供幫助的程序，專家系統的知識庫中存儲了大量色譜專家的實踐經驗，可以為使用者提供關於色譜柱系統選擇、樣品處理方式、色譜分離條件選擇、定性和定量結果解析等幫助。
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色譜新方法

色譜新方法也是色譜研究熱點之一。高效毛細管電泳法是目前研究最多的色譜新方法，這種方法沒有流動相和固定相的區分，而是依靠外加電場的驅動令帶電離子在毛細管中沿電場方向移動，由於離子的帶電狀況、質量、形態等的差異使不同離子相互分離。高效毛細管電泳法沒有HPLC方法中存在的傳質阻抗、渦流擴散等降低柱效的因素，縱向擴散也因為毛細管壁的雙電層的存在而受到抑制，因而能夠達到很高的理論塔板數，有極好的分離效果。
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參見

* 分析化學
* 高效液相色譜

取自"http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%E8%89%B2%E8%B0%B1%E6%B3%95"

頁面分類: 新條目推薦 | 分析化學

『玖』 電位滴定法的滴定模式

DET動態滴定模式
滴定液增量隨滴定曲線的變化而變化，滴定速度開始 時較快，專但隨著接近等當點屬而自動放緩，直至找到等 當點。該模式可找到極小的突躍，自動測定pK值, 適合大多數水相體系滴定。

MET等量滴定模式
滴定液增量人為設定，滴定過程按所設定的增量向等 當點推進，直至找到等當點。該模式特別適合化學動 力弱的反應，非水體系和弱電解質體系的滴定。

SET終點設定滴定模式
適用於一般快速設定終點滴定。

MEAS模式
測量pH、U、lpol、Upol及溫度。

CAL模式
多達9個緩沖液的pH校正，回歸線的計算。

『拾』 求教科書生物分離工程(生物工程下游技術) 中 分離科學作用 謝謝

現代分離科學理論框架的研究
耿信篤, 張養軍
(西北大學 現代分離科學研究所ö 現代分離科學陝西省重點實驗室, 陝西 西安 710069)
摘要: 分離科學是研究物質在分子水平上的空間分布和移動規律的一門科學。如果這一看法是正確
的話, 那麼, 分離科學理論就應該有一個能將各種分離技術原理及支持這些原理的共同理論, 即分
離科學理論框架。既然分離科學是從分子在空間遷移和分布規律的全過程來設計的, 該理論必然要
涉及到溶質分子在流體中的空間遷移和分布, 就必須了解在體系中組分的宏觀性質。即①分離過程
中的熱力學; ②溶質的遷移和擴散, 因為目前絕大多數組分的分離是在界面(特別是液2固界面)上
完成的, 這就是③分離過程中發生在界面上的計量置換。然而要從微觀上深入了解物質能夠被分離
的實質便是④平衡分離的分子學基礎及⑤疏水效應。在了解了物質的微觀、宏觀性質及遷移規律
後, 如何才能使分離進行得更好, 這便是⑥分離過程中的最優化和選擇分離方法時必須對各種分離
方法的特點有所了解的, ⑦分離方法的簡介和比較。上述七部分內容應當成為現代分離科學的理論
骨架。
關 鍵 詞: 分離科學; 熱力學; 溶質計量置換保留理論; 疏水效應; 分離方法; 最優化; 理論骨架
中圖分類號:O 651 文獻標識碼:A 文章編號: 10002274Ò (2002) 0520433205
從幾千年前我國的煉丹術、釀酒術發展到近一
個世紀以來, 出現了多種分離技術或分離方法。特別
是近年來, 由於精細化工、生命科學和材料科學等新
興學科的發展, 加之計算機和現代分離手段的廣泛
應用, 促使這些新的分離方法的理論日臻完善, 技術
水平不斷提高。遺憾的是, 多年來, 這些分離方法各
自討論其分離原理, 如色譜中就有分配、吸附、離子
交換、反相和疏水色譜等, 故有關分離理論方面的內
容均分散在一些分離方法和其他學科之中。雖然國
外也出版過幾本有關「分離方法」的書, 但其只是以
各個「分離方法」為主體分別進行闡述, 對於「分離方
法」的基礎理論及各個「分離方法」之間的聯系卻涉
及甚少。1973 年, B. L. Karger 等 3 人出版了「A n
In t roct ion to Separat ion Science」一書[ 1 ]
, 雖然講
述分離科學的理論部分不超過全書 1ö 3 的篇幅, 然
而他們的貢獻是首次提出了「分離科學」這個概念。
1991 年, 理論色譜學家 J. C. Giddings 寫的「A
U n if ied Separat ion Science」一書, 用化學勢場和流
這兩個各種分離方法共有的參數為紐帶, 將原來似
乎毫無關系的、分散在各種分離方法中的分離原理
統一在一起討論, 並稱其為統一的分離科學[ 2 ]
。隨著
高技術產業的出現, 特別是生物工程和生物技術及
材料科學的發展, 迫切要求提供更先進、更優化的分
離方法。一些國家和地區, 如美國的加州早在7 年前
就成立了分離科學協會, 其年會規模逐漸擴大, 現已
發展成一個國際性的年會, 還有《專門分離科學》、
《分離科學》及《分離工程雜志》出版, 表明分離科學
作為一個獨立的科學分支正在形成和發展。
既然分離科學是一個獨立的科學分支, 就必然
有其支撐的理論, 有一個能支持各種分離方法, 至少
是絕大多數的現代分離技術原理的基本理論。1990
年, 筆者之一出版了《現代分離科學理論導引》一
書[ 3 ]
, 對此問題進行了探索, 又經過 10 年的探索和
實踐, 對原書作了大幅度的修改, 並增加了新的內容
和章節。最近, 該書已經被教育部研究生辦公室推薦
為研究生教學用書, 並由高等教育出版社出版[ 4 ]
。在
該書前言中首次提出了現代分離科學理論框架的論
點。然而, 分離科學作為科學的一個獨立分支, 是一
個不斷發展和壯大的學科, 理論也在不斷發展豐富,
內容也愈來愈豐富。所以,「現代分離科學理論框
架」到底應該包括那些內容, 仍是一個值得進一步探
討的學術問題。
無論是什麼分離方法和多麼新的分離工藝, 都
是在研究物質在分子水平上的空間分布和移動規
律, 以及如何更好地實現這一目標。如果這一看法正
確的話, 那麼, 現代分離科學理論就應該是為解決這
一問題而所必須的理論基礎。
1 分離過程中的熱力學
分離過程必然伴隨著一種或幾種組分的定向移
動以達到分離和濃集的目的, 所以分離過程是一個
組分在空間的再分配過程, 這就存在著一個哪些組
分能夠在空間被濃集和哪些組分不能夠被濃集, 以
及能夠在空間被濃集到什麼程度這樣兩個問題。分
離過程中的熱力學就是為了判斷這一過程的方向,
確定它的限度以及研究如何運用熱力學知識以促使
某個或某些組分向我們期望的方向移動, 實現最大
限度的分離和濃集等有關理論及計算問題。分離過
程中所遇到的某些熱力學的基本要點, 則一定會涉
及到相間的分配平衡、在分離過程中作為分子移動
驅動力的外加場作用下的平衡、相平衡、分配平衡、
氣2液平衡熱力學及溶液模型等方面的理論, 以及如
何將熱力學第一和第二定律應用到密閉和開放的體
系中和運用化學勢概念來解決問題。化學勢是分離
過程中各個組分分離的驅動力, 盡管絕大多數的分
離是在外加場存在下實現的, 但這些外加場都可以
換算成化學勢並使其成為總化學勢的一部分。活度
系數及標准態是描述該過程中兩個很重要的概念,
在應用時容易出現差錯, 所以必須引起重視。平衡概
念是描述分離過程應用最多的概念, 其中相平衡原
理被用來描述單組分、雙組分及 3 組分相圖以及如
何將這些相圖應用於簡單組分的分離。分配平衡主
要涉及氣2固、液2固和氣2液 3 種平衡, 常用吸附等
溫線對其過程進行描述和表徵。由於這3 種平衡不
涉及化學反應, 因此被稱之為第一類化學平衡, 而涉
及到利用化學反應進行分離的叫作第二類化學平
衡, 這類平衡在分離過程中亦經常遇到。溶液行為模
型是在研究氣2液分離過程中的理論時經常遇到的
問題, 該模型涉及到對氣相和液相(理想溶液、真實
溶液和正規溶液)中的某些熱力學參數(包括過剩熱
力學參數在內)的處理。
2 分離過程中溶質在兩相界面上的計
量置換
以往的分離方法中, 在涉及相分離時, 往往只涉
及溶質在兩相間的分配系數和化學勢差等概念, 而
很少涉及相界面過程和這些過程對分離所作出的貢
獻。對於溶質在兩相界面上行為的處理, 涉及到近年
來才提出的計量置換的概念[ 5 ]
。計量置換的提出, 實
質上是基於物理學中「能量守恆」和「一個空間不能
同時容納兩個物體」的兩個基本原理, 這一概念對於
許多科技工作者來講並不陌生。例如, 離子交換時,
在某一離子被交換劑吸留的同時, 交換劑上即會釋
放出等當量的同電荷符號的另一離子。這就是計量
置換的一個廣為人知的事例。隨著科學技術的發展,
現已知道, 計量置換可發生在其他許多埸合。例如,
某組分在相間分離過程中, 從 Α相進入 Β相(或表面
或內部)時可能置換的是 Β相中的溶劑分子(如果 Β
相是液相的話)。研究這樣的置換過程, 即研究組分
從一相進入另一相時, 在相界面上發生了什麼過程,
其組分如何在界面上進行遷移, 而相應的能量又是
如何變化, 如何將計量置換用於組分分離的宏觀和
微觀變化, 對了解分離機理和提高分離效果是十分
重要的。因為組分可在液2固、液2液、氣2液相間進行
分離, 特別是液2固和液2液相間分離用得最多。所
以, 深入了解組分在相界面上遷移時所產生的化學
勢突躍及其伴隨的計量置換過程必將對組分的分離
有益。液固相界面上的計量置換, 包括新概念的定
義、物理及化學理論基礎、計量置換模型的建立及其
在物理化學、生物化學、基因工程和色譜分離中的應
用。它指出了分離過程中, 在相界面上發生的基本過
程——溶質與置換劑(在許多情況下是溶劑)分子間
的計量置換關系。這種關系建立在體系中溶質、置換
劑和吸附劑分子間的多種熱力學平衡和計量置換這
一概念的基礎上, 從建立理論模型到引用一些數據
對模型進行檢驗以及通過液2固體系中溶質的計量
置 換 吸 附 理 論, 從 理 論 上 推 導 出 朗 格 繆 爾
(L angm u ir)及弗侖德利希(F reundlich)公式並與之
進行比較, 表明該理論更具有指導意義。因為該理論
是在多個熱力學平衡的基礎上推導的, 具有堅實的
理論基礎。另外, 該理論中的參數皆具有明確的物理
意義, 這些都對它的應用以及對一些現象的解釋奠
定了基礎。現在, 該理論已經用於對液2液分配等溫線的預計和對液相色譜中的溶質保留機理和反相液
相色譜中溶質保留過程的熱力學的研究。經檢驗該
理論, 還可用於除尺寸排阻色譜以外的各類色譜以
及沉澱表面吸附過程。其計量參數既可以用來研究
生物大分子的構象變化, 也可用於蛋白質折疊過程
中自由能的測定, 還可用於表徵色譜中作用力的類
型和溶劑強度。由於從熱力學角度對柱相比的定義
和准確測定, 使熱力學的研究可以更深入地進行。有
關溶質計量置換理論的發展及其應用已有詳盡的綜
述[ 6 ]
。
3 溶質的遷移與擴散
溶質在空間的再分配一定涉及到溶質分子的遷
移, 即在外加埸或內部化學勢作用下向預定的、趨向
於平衡的方向移動。與此同時, 分子又不可避免地要
隨機運動, 而且總是由高濃度向四周的低濃度區擴
散, 使分離開的溶質趨向於混合, 所以擴散是分子的
隨機運動, 沒有確定方向。遷移是提高分離度和濃集
所必需的, 因而應設法增強, 而擴散則相反, 是阻礙
分離和濃縮的, 所以應設法使其減弱直至最小。為
此, 必須了解在不同介質和不同分離體系中組分遷
移和擴散的基本性質和運動規律, 特別是與分離體
系密切相關的定量關系應有所了解, 以便對選擇分
離體系的最優化條件有所幫助。溶質的遷移與擴散
應包括分離過程中動力學方面的問題。將機械運動
與 1 mo l 分子遷移進行比較, 以經典的牛頓力學推
導出分子遷移規律——費克(F ick ) 第一和第二定
律。通過對費克第二定律求解, 可以得出在理想條件
下溶質帶遷移過程中的遷移模式——高斯濃度分布
曲線。在此基礎上便能理解在氣體、電解質溶液、在
流和在填充柱中的遷移與擴散規律以及遷移方程的
物理意義, 並且還可描述分離速度、摩擦系數及分子
參數之間的關系[ 7, 8 ]
。這些都是描述帶的形成與擴散
不可缺少的一個重要組成部分。另外, 高斯帶、統計
矩、隨機過程、理論板高以及在洗脫系統中的板高,
是加深理解對帶的遷移和擴散不可缺少的概念, 也
可促進對分離方法的優化研究。而且, 可以不用「理
論塔板」概念, 完全從理論上推導出洗脫曲線的形狀
及板高, 這些都有利於從理論高度對分離過程的模
擬和理解。了解帶的擴展機理, 計算分離度——峰容
量, 對如何提高分離度也十分有用。除了理想狀態
外, 非理想條件下的非高斯帶和穩態帶的特性及其
數學表達式, 也是組成分離科學理論的重要問題之
一。
4 平衡分離的分子學基礎
在利用熱力學方法及有關參數來處理和選擇分
離的最佳條件時, 有時會遇到分離系統中的一些參
數, 如溫度、壓力、組成等不總是隨時都可知道的。這
樣, 就有必要對確定分配系數大小的基礎——分子
間相互作用力[ 1 ]
進行深入地了解, 以便選擇最佳分
離條件。在許多情況下, 這些分子間的相互作用力又
與它們的分子結構、環境條件等因素有關, 因此從分
子結構的觀點闡明溶質在兩相間的分配規律, 並從
分子間的相互作用力得出溶解度參數及擴展的溶解
度參數的概念[ 9 ]
、計算方法、從分子水平描述帶擴展
機理(色譜動力學)以及它們在分離科學中的應用
等, 是這部分討論的目的。平衡分離的分子學基礎著
重從分子間相互作用力的分類、性質、作用力的大小
計算入手, 對這些作用力與分子結構間的關系以及
結構與分離性質之間的關系進行討論, 這部分的內
容包括經典的赫爾德布蘭德(H ildeb rand)的溶解度
參數概念、計算方法以及擴展的溶解度參數理論。這
樣, 就可以給出色散溶解度參數、誘導偶極和定向溶
解度參數和氫鍵溶解度參數的表達式及實驗測定方
法。將這些參數用於描述液相色譜溶質保留行為, 形
成了擴展溶解度參數理論, 依次可以解釋各類色譜
的實質性問題。另外, 馬丁方程的分子學基礎及熔化
熵、弗勞瑞—休金斯(F lo ry2 Huggin s)方程[ 10, 11 ]
及分
配系數對溫度的依賴關系的討論, 以及平衡分離的
分子學的其他概念, 能使分離過程中出現的許多現
象與分子間的作用力及分子結構相互聯系起來, 並
能運用這方面的知識設計最優化分離方案, 以期得
到最佳的分離效果。
5 疏水效應
凡是涉及到有水溶液相存在的分離, 如液2固、
液2液分離都涉及到水溶液。為了研究在此條件下分
離過程的本質, 特別是研究生物大分子的分離過程,
必須了解「疏水效應」 (hydrophob ic effect) , 或「疏水
相互作用」 (hydrophob ic in teract ion, 簡寫為H I)等
概念。那麼, 什麼是「疏水效應」 ? 什麼是「疏水相互
作用」呢? 迄今還無公認的定義。顧名思義, 這是與
水溶液有關的一種特殊現象。人的生命離不開水, 人
體的生化過程幾乎全是在體液(水溶液)中進行的。這些生化過程包括生物大分子的構象變化、蛋白折
疊、 酶與底物的結合、幾條支鏈結合形成多支鏈的
酶、生物大分子高度凝聚形成的生物膜等, 而這些過
程的發生主要是在疏水相互作用力驅動下進行的。
因為分離科學不僅要從宏觀上研究溶質間相互分離
的程度(即純度)及回收率, 而且要考慮到分離過程
中分子構象是否發生了變化(即微觀變化)和引起宏
觀及微觀變化的原因, 所以這不僅涉及到具有生物
活性的生物大分子的分離和純化, 而且涉及到小分
子的分離機理。疏水相互作用力, 簡稱疏水力, 它不
是討論分子間的相互作用力, 主要是討論吸附力, 是
討論溶劑對溶質的作用。確切地說, 是溶劑分子對溶
質分子產生的推力, 與分離過程中的分子平衡研究
對象相同, 屬微觀過程, 但這種微觀過程的變化又會
引起宏觀熱力學量的改變。
從以上所述可知, 疏水相互作用是與范德華力
有關但又不完全相同的一種作用力。基於這一概念,
在現代科技及現代分離科學中十分重要但又不很成
熟的這一特點, 應著重掌握疏水相互作用的基本概
念、基本方程及稀溶液中的疏水相互作用, 並通過標
准遷移自由能及復雜相間溶質遷移的標准化學勢計
算, 理解標准遷移化學勢的計算方法。還應了解有關
疏水相互作用的一些名詞的含意、了解疏水相互作
用大小、對式疏水相互作用、完全成對的相關函數、
溶劑對疏水相互作用自由能的影響和二聚平衡等簡
單過程中的熱力學函數的測定和計算。多質點間的
疏水相互作用是建立在對式疏水相互作用基礎之上
的, 質點數為m 時, 疏水相互作用的近似測量方法
是為了解從簡單溶質到蛋白質的疏水相互作用這一
橋梁作用的理解。另外, 還需了解微胞水溶液中的疏
水相互作用及人工合成和生物聚合物中的疏水相互
作用以及疏水相互作用對溫度和壓力的依賴性, 這
對於了解蛋白質分離過程中分子構象變化及失活的
本質的研究十分重要。疏水相互作用對溫度和壓力
的依賴關系和實驗及測量方法奠定了該理論的基
礎, 同時亦能提高對文獻中的錯誤概念、數據可靠性
的判斷能力。
6 對分離方法的科學分類
以上是從熱力學、動力學以及分子學的基礎上
對分離科學的理論框架進行論述的, 其最終目的是
要對分離過程進行優化, 對分離方法進行有效的選
擇, 這就涉及到分離科學中的分類和優化問題。分類
學是一門獨立的科學, 從研究化學元素周期表對發
現新的化學元素就是一個很好的例證, 表明了分類
學對科學的貢獻。分離方法曾有過多種分類。但是,
以Giddings
[ 2 ]
提出的以化學勢和流兩個因素進行分
類最為科學。通過比較各類分離方法的相似點及不
同點, 探索出各種分離方法之間的內在聯系並尋找
出分離科學中普遍存在的規律, 從而將多年來分散
在各個學科和技術領域中的, 表面上看來似乎毫無
聯系的各類分離方法, 以這種化學勢和流兩個因素
將其聯系起來進行討論和比較, 為創立新的分離方
法和分離科學(最優化中選擇分離方法)奠定了基
礎。了解各種分離方法的內在聯系和描述這種內在
聯系的數學表達式, 深刻理解在外加場存在下的無
流(靜態)分離法——電泳和沉降的特性, 穩態流中
的二相分離——萃取和有關方法, 流的輔助分離作
用即平行流分離——淘析、超濾、區帶熔融和有關方
法以及垂直流分離——場級分流、色譜和有關方法。
7 分離科學中的優化
分離科學中的最優化就是如何在最短的時間
內, 用最低的消耗以獲得最佳的分離效果, 獲得一個
能表徵各類分離方法的統一的優化模型, 這是一個
迄今尚未解決的問題。它涉及到一個分離體系的優
化目標, 又涉及到多方面的局部優化, 如分離方法的
選擇、實驗方法的建立、實驗方案中每一單元操作的
優化, 以及各個單元操作之間的最佳組合, 如此等
等。一般說來, 用於分析測試及工業制備對分離最優
化的要求是不完全相同的, 前者因消耗很少, 多以在
追求最佳分離效果的前提下, 以盡可能地縮短分離
時間為主, 輔之以低消耗; 而工業生產上的優化則是
追求最大經濟效益——獲取最高利潤為惟一目的,
故對於後者, 一切分離方法及選擇分離工藝的優化
均以此為基礎。例如刪除一步分離就能達到質量要
求的簡單工藝, 但因成本高工業生產上就不會採納,
而會採納成本很低的, 那怕是多 2～ 3 步的分離方
案。上述事例說明, 既便是局限於分離這一狹窄領域
中的每一個細節, 也難用一個通用的模型來描述其
最優化。分離科學中的最優化是通過對單元分離共
用的、最關鍵的參數進行優化, 輔之以工業上的整體
優化。無論哪一種分離方法, 從原則上講: ①通過增
大外加場; ②減小分離過程中欲分離物質熵的增大;
③加大難分離物質對之間化學勢的差異這 3 個最重
要的因素, 以及通過對這 3 個方面進行協同作用使分離過程達到最優化, 才是達到提高分離效率, 降低
生產成本的至關重要的優化因素。
綜上所述, 分離科學是一門內容極其豐富的學
科, 對於工農業生產和基礎科學研究十分重要。隨著
高技術產業的出現, 特別是生物工程和新材料科學
的發展, 必將對分離科學提出更高的要求和新的挑
戰, 也必然會推動分離科學迅猛發展, 為人類的健康
和幸福作出更大的貢獻。