离子交换动力学时间t

『壹』 离子进入根细胞可划分为几个阶段

关于养分如何进入根细胞，有多种解释和假说。目前，普遍被人们所接受的有：离子进入根细胞可划分为主动吸收和被动吸收两个阶段。

①离子的被动吸收。离子的被动吸收主要通过截获、扩散、质流或离子交换先进入根中的“自由空间”。它是从细胞壁到原生质膜，还包括细胞间隙。因为细胞壁带有负电荷，所以阳离子进入根中较阴离子多，而且在很短时间内就与外界溶液达到平衡。在最初阶段阴、阳离子的吸收属被动吸收。

②离子的主动吸收。许多研究资料证明，果树体内离子态养分的浓度常比外界土壤溶液浓度高，有时竟高达数十倍甚至数百倍，而仍能逆浓度吸收，且吸收养分还有选择性。这种现象很难从被动吸收来解释。所以，离子的扩散、质流以及离子的交换只能说明离子态养分吸收的一个现象，而不能说明其原因与机理。目前，相关研究人员从能量的观点和酶动力学原理来研究主动吸收离子态养分，并提出载体解说和离子泵解说。

『贰』 离子交换过程的5个步骤

离子交换过程归纳为如下几个过程1.水中离子在水溶液中向树脂表面扩散2.水中离子进入树脂颗粒的交联网孔，并进行扩散3.水中离子与树脂交换基团接触，发生复分解反应，进行离子交换4.被交换下来的离子，在树脂的交联网孔内向树脂表面扩散5.被交换下来的离子，向水溶液中扩散影响交换的主要因素有流速、原料液浓度、温度等。流速原料液的流速实际上反映了达到反应平衡的时间，在交换过程中，离子进行扩散—交换—扩散一系列步骤，有效地控制流速很重要。一般，交换液流速大，离子的透析量就高，未来及交换而通过树脂层流失的量增多。因此，应根据交换容量等选择适宜的流速。原料液浓度树脂中可交换的离子与溶液中同性离子既有可能进行交换，也有可能相斥，液相离子浓度高，树脂接触机会多，较易进入树脂网孔内，液相浓度低，树脂交换容量大时，则相反。但液相离子浓度过高，将引起树脂表面及内部交联网孔收缩，也会影响离子进入网孔。实验证明，在流速一定时，溶液浓度越高，溶质的流失量液越大。温度温度越提高，离子的热运动越剧烈。单位时间碰撞次数增加，可加快反应速率。但温度太高，离子的吸附强度会降低，甚至还会影响树脂的热稳定性，经济上不利，实际生产中采用室温操作较宜。

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『叁』 海相油气储层酸化及酸压技术原理

3.6.1.1 酸化工艺简介

酸化是以酸作为工作液对油气（水）层进行增产（注）措施的总称。是通过井眼向地层注入一种或几种酸液（或酸性混合液）以溶解地层中的矿物质，从而恢复或增加井筒附近的渗透率，从而使油气井增产（或注水井增注）的一种工艺措施。

酸化作为一种增产措施始于1895年。目前，酸化技术成功地应用于常规油气层增产改造，并可以对高温深井、低压低渗油井、高含硫井、高孔低渗储层及复杂结构井等进行有效作业，在油气田的勘探开发中起着重要作用。

（1）酸化工艺分类

酸化按不同工艺可分为：酸洗、基质酸化及压裂酸化（李颖川，2002）。

1）酸洗：酸洗是清除井筒中的酸溶性结垢或疏通射孔孔眼的工艺。它是将少量酸定点注入预定井段，溶解井壁结垢物或射孔眼堵塞物。也可通过正反循环使酸不断沿井壁和孔眼流动，以此增大活性酸到井壁面的传递速度，加速溶解过程。

2）基质酸化：基质酸化是在低于岩石破裂压力下将酸注入储层中，使酸基本沿径向渗入储层，溶解孔隙空间内的颗粒及堵塞物，从而消除井筒附近储层污染，恢复和提高储层渗透率，达到恢复油气井产能和增产的目的。

3）压裂酸化：压裂酸化（酸压）是将酸液在高于储层破裂压力或天然裂缝的闭合压力下挤入储层，从而形成裂缝。酸液会与裂缝壁面岩石发生反应，由于酸液非均匀的刻蚀缝壁，会形成沟槽状或凹凸不平的刻蚀裂缝，施工结束裂缝不能完全闭合，从而形成具有一定几何尺寸和导流能力的裂缝，达到改善油气井的渗流状况而增产的目的，该工艺一般只用于碳酸盐岩油气层。

（2）增产原理

1）基质酸化增产原理。基质酸化增产作用主要表现在：

A.酸液挤入孔隙或天然裂缝与其发生反应，溶蚀孔壁或裂缝壁面，增大孔径或扩大裂缝，提高储层的渗流能力。

B.溶蚀孔道或天然裂缝中的堵塞物质，破坏泥浆、水泥及岩石碎屑等堵塞物的结构，疏通流动通道，解除堵塞物对储层的污染。

2）压裂酸化增产原理。压裂酸化是碳酸盐岩储层增产措施中应用最广的工艺。压裂酸化的增产原理主要表现在：

A.消除井壁附近的储层污染。

B.压裂酸化溶蚀裂缝增大油气沿井内渗流的渗流面积，改善油气的流动方式，增大井附近油气层的渗流能力。

C.沟通远离井筒的高渗透带、储层深部裂缝系统及油气区。

无论是在近井污染带内形成通道，或改变储层中的流型都可获得增产效果。小酸量处理可消除井筒污染，恢复油气井天然产量，大规模深部酸压处理可使油气井大幅度增产。

3.6.1.2 酸岩反应动力学原理

（1）酸与碳酸盐岩的化学反应

在酸压过程中，主要化学反应是盐酸与石灰岩以及白云岩间的反应。

（2）基质酸化中的蚓孔效应及控制

1）基质酸化中的酸蚀蚓孔。基质酸化施工时，酸液按径向流入目的层，形成的酸蚀蚓孔也沿井筒发散分布，2000年Fred研究表明，不同注酸条件下将产生不同的酸蚀形态。低排量下产生均匀溶蚀对酸化施工没有效果，而高排量下形成的高度分枝结构将浪费大量酸液且不能产生高导流能力的大孔径酸蚀蚓孔，只有在合适的注酸条件下才会形成理想的酸蚀主蚓孔。

2）基质酸化中蚓孔效应的控制。对于碳酸盐岩基质酸化而言，主要的目标是有效促进酸岩反应形成单一主蚓孔。从而实现少酸量、深穿透。可以在室内实验基础上优化注酸条件组合，设计最优的施工排量，选择合适酸液类型、酸液浓度和注酸方式。对于温度较高的碳酸盐岩地层着重应考虑缓速和降滤失。

图3-171 蚓孔铸体模型

（3）酸压中的蚓孔效应及控制

1）酸压中的蚓孔效应。酸压中由于形成酸蚀蚓孔，酸液滤失表现为裂缝壁面向基质的滤失和酸蚀蚓孔引起的滤失。在两者的共同作用下产生大量不稳定的酸液滤失，从而使得酸液的有效穿透举例大大减小。酸蚀蚓孔滤失是主控因素，它不仅是在原有的微裂缝和原生孔洞的基础上进一步增大主干蚓孔的孔隙空间，同时还包括向蚓孔岩石壁面的对流而产生次生蚓孔和多分支小蚓孔。然而，酸液滤失量主要受酸液的黏度和酸蚀蚓孔扩展速度的影响，其中酸液的黏度又受到微裂缝和蚓孔中温度以及剪切效应的影响。

2）酸压中蚓孔效应的控制。酸压中施工排量较高、施工压力较大，因此蚓孔的形成是不可避免的，且蚓孔的扩展比基质酸化加剧。同时为了取得较长的裂缝和沟通远井地带的油气，必须提高排量。这样使得蚓孔的控制更为复杂。国内外主要从液体体系和施工工艺两个方面来控制酸压中的蚓孔效应，采用非常规液体体系代替常规酸液体系。如缓速酸、稠化酸等，主要机理是通过降低酸岩反应速率来降低蚓孔的扩展速度，从而增加酸蚀有效作用距离。同时也采用多级交替注入和闭合裂缝酸化等工艺来降低蚓孔效应的影响。

3.6.1.5 酸化施工设计

（1）选井选层

酸化处理效果虽然与施工工艺、施工参数有一定的关系，但是起决定作用的还是地质因素。选井选层的总目的是改造中低渗层、提高产能；对于勘探而言，还可以起到正确认识和评价油气层的作用。

为了取得较好的增产效果和提高措施的成功率，选井选层方面应该遵循以下一些原则：①应优先选油气显示好，而试油效果差的层。如果不能投产的原因是泥浆堵塞，应进行解堵酸化；堵塞严重者可考虑进行中小型酸压；②邻近井产量高而本井的产量低或无产量的井应该优选；③井低产的原因如果为井底附近缝洞不发育，可以进行大中型酸压，特别应该选择高产井旁边的低产井进行酸压；④对于油水（气）边界的井，或存在气水夹层的井应该慎重对待，可进行常规酸化，不宜进行酸压；⑤对于有多产层的井而言，一般应首先要处理低渗透层。

（2）酸化施工设计

1）解堵酸化设计。对于裂缝性碳酸盐岩油气层，如果近井地带存在堵塞，且堵塞范围不大时可采用解堵酸化来处理。酸液可以破坏泥浆的胶体结构，从而使泥浆变稀排出地层。一般有一定生产能力的油气层，遭受泥浆侵害后产量低或不能投产，经过小酸量处理后，产量可以成几倍或几十倍的增加。

解堵酸化设计主要要确定酸液用量及浓度、挤酸压力和排量及返排时间3个工艺参数。

A.用酸量及酸液浓度。实践表明，以微裂缝为主的产层，解堵实际挤入地层的酸量10m³以下为宜，变化范围为3～10m³。构造裂缝为主的产层，用酸量宜大一些，一般6～40m³，由于裂缝性地层缝洞发育的不均一性，按打开井段长度考虑用酸量没有意义，宜根据地层吸收能力、油（气）层裸露或射开的厚度、钻井用泥浆比重及其在地层中浸泡的时间并结合经验数字来确定。酸浓度以10%～15%为宜，如果岩性较致密可用更高的浓度，反之可以适当的降低浓度。

B.挤酸压力和排量。为了解除整个油气层段上的堵塞，必须使酸液能够均匀的进入到地层纵向各个井段，避免酸液单点突入。应控制泵压高于地层初始吸收压力，但低于地层破裂压力及管套容许压力。排量应在保证酸液均匀进入地层各井段的条件下尽快地挤入地层，以扩大处理范围，应根据地层的吸收能力而变化。

C.返排时间。为了避免残酸反应产生二次沉淀及防止残酸中不溶物质的微粒重新堵塞地层孔道，挤酸完毕后，应立即开井排液。白云岩地层反应速度较灰岩慢，可以根据具体实验情况，适当关井一段时间后开井排液。

2）压裂酸化设计（据李颖川，2002）。压裂酸化工艺很多，设计的步骤和方法大致一样。这里简单介绍酸压设计方法和步骤。

A.酸化处理设计应收集的资料。完善的酸化处理设计应收集下列数据项；井的数据、储层参数、岩石力学数据、压裂液、酸液数据、岩心分析数据及泵注数据等。

B.酸化处理设计包括的内容。酸化处理设计应包括下列内容：井的基本数据，钻井、试油、采油简史，综合分析施工目的及效果预测，主要施工参数及泵注程序，施工准备，施工步骤，施工质量要求及安全注意事项，施工后井的管理，施工劳动组织及环境保护，施工所需设备、材料及费用预算等。

根据施工目的、井及储层条件、室内岩心数据等选择适合的酸化工艺，确定酸化工作液（前置液、酸液、顶替液）的类型、配方、用量及施工压力、排量等参数。

碳酸盐岩储层的酸化处理常采用盐酸体系，主要有常规盐酸体系、稠化酸体系、泡沫酸体系、乳化酸体系、化学缓速酸体系，在设计时可根据实际情况进行选择。

酸浓度可由溶蚀试验确定。国内酸化处理盐酸浓度多介于15%～20%。酸液用量则据酸化改造的范围和力度来确定。酸液用量一般为动态裂缝体积的1.5～5倍，也可根据优化设计的要求由计算机模拟确定。

压裂酸化处理时要求施工排量大于储层的吸收能力，以保证裂缝的形成及延伸。如井身质量合格，应充分发挥设备能力，高排量注入，有利于造宽缝、长缝，也可使酸液快速向储层深部推进，提高有效作用距离。

C.酸化施工设计计算。主要包括两方面：一是施工参数确定，包括：储层最大吸入能力、破裂压力、液柱压力、摩阻计算，井口极限施工排量、井口施工泵压和入井液量等。这些参数的确定应结合室内试验研究和模拟计算。二是酸化过程的模拟计算及效果预测，主要是综合应用动态裂缝尺寸、酸液浓度分布规律及有效作用距离、酸蚀裂缝导流能力及增产倍比等进行酸化设计模拟，分析不同施工参数对酸化效果的影响，指导酸化设计，优选施工方案，减少施工盲目性。

『肆』 离子交换动力学过程的五个步骤是什么其中，离子交换的速度由哪些步骤决定

吸盐慢洗这个程序，60分钟

『伍』 求2011考研西医综合真题及标准答案，本人想对一下答案，急！谢谢!

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『陆』 关于化学反应速率的2个问题。急！！

1.浓度，浓度越大反应速率
2.温度，一般来说，温度越高速率越快。版
3.压强：对有气体权参加或生成的反应来说，压强越大，速率越快。
4.催化剂:正催化剂可加快反应速率
5.其他如光、射线、反应物的颗粒度大小等等

『柒』 离子交换法与反渗透法各有什么特点

反渗透（RO）和离子交换（IE）的比较，反渗透与离子交换优缺点，由于水处理设备的工艺是根据不同的原水水质和出水要求而设计的，针对不同的原水水质特点而设计水处理方案才是最经济有效的方案，同时也是出水水质长期稳定达到要求的保证。除盐处理工艺的要求是多样的，用户对不同技术的看法也是不同。例如有些用户希望用反渗透技术，而有些用户则希望用更传统的技术如离子交换，另外有些用户则以低投资为主要考虑因素。

社会效益：反渗透是当今最先进的除盐技术，利用反渗透对水进行除盐，除盐率在97％以上。该工艺工作量轻，维护量极小，反渗透实行自动操作，人员配置较少，操作管理方便。

离子交换是七十年代以来普遍采用的除盐工艺，它是靠离子交换化学交换来完成对水进行除盐。该工艺操作量较多名维护量较大，人员配置较多，从目前锅炉除盐水工艺系统应用来看，离子交换逐渐被反渗透工艺所取代。反渗透是以电能为动力，无需酸碱再生，若离子交换的工作周期为1天，那么采用反渗透脱除原水97%的盐分，在用离子交换来担负3%的盐分，将使离子交换的工作周期延至长30天以上，极大程度减少酸碱再生废液的排放量，降低了对环境的影响，大大减轻了酸碱排放废水的处理负担。离子交换除盐化学交换，需要酸碱再生，其再生频率大，酸碱用量大，对周围的水和大气环境均有较大程度的影响。

『捌』 谁帮我写个关于色谱的论文

色谱法
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色谱法又称色谱分析、色谱分析法、层析法，是一种分离和分析方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱法起源于20世纪初，1950年代之后飞速发展，并发展出一个独立的三级学科——色谱学。历史上曾经先后有两位化学家因为在色谱领域的突出贡献而获得诺贝尔化学奖，此外色谱分析方法还在12项获得诺贝尔化学奖的研究工作中起到关键作用。
目录
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* 1 历史
o 1.1 色谱的起源
o 1.2 分配色谱的出现和色谱方法的普及
o 1.3 气相色谱和色谱理论的出现
o 1.4 高效液相色谱
* 2 原理
o 2.1 吸附色谱
o 2.2 分配色谱
o 2.3 离子交换色谱
o 2.4 凝胶色谱
* 3 色谱理论
o 3.1 关于保留时间的理论
o 3.2 基于热力学的塔板理论
o 3.3 基于动力学的Van Deemter方程
* 4 基本技术和方法
* 5 应用
* 6 发展方向
o 6.1 新固定相的研究
o 6.2 检测方法的研究
o 6.3 专家系统
o 6.4 色谱新方法
* 7 参见

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历史
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色谱的起源

色谱法起源于20世纪初，1906年俄国植物学家米哈伊尔·茨维特用碳酸钙填充竖立的玻璃管，以石油醚洗脱植物色素的提取液，经过一段时间洗脱之后，植物色素在碳酸钙柱中实现分离，由一条色带分散为数条平行的色带。由于这一实验将混合的植物色素分离为不同的色带，因此茨维特将这种方法命名为Хроматография，这个单词最终被英语等拼音语言接受，成为色谱法的名称。汉语中的色谱也是对这个单词的意译。

茨维特并非著名科学家，他对色谱的研究以俄语发表在俄国的学术杂志之后不久，第一次世界大战爆发，欧洲正常的学术交流被迫终止。这些因素使得色谱法问世后十余年间不为学术界所知，直到1931年德国柏林威廉皇帝研究所的库恩将茨维特的方法应用于叶红素和叶黄素的研究，库恩的研究获得了广泛的承认，也让科学界接受了色谱法，此后的一段时间内，以氧化铝为固定相的色谱法在有色物质的分离中取得了广泛的应用，这就是今天的吸附色谱。
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分配色谱的出现和色谱方法的普及
薄层色谱分离打印机黑色油墨的组成
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薄层色谱分离打印机黑色油墨的组成

1938年阿切尔·约翰·波特·马丁和理查德·劳伦斯·米林顿·辛格准备利用氨基酸在水和有机溶剂中的溶解度差异分离不同种类的氨基酸，马丁早期曾经设计了逆流萃取系统以分离维生素，马丁和辛格准备用两种逆向流动的溶剂分离氨基酸，但是没有获得成功。后来他们将水吸附在固相的硅胶上，以氯仿冲洗，成功地分离了氨基酸，这就是现在常用的分配色谱。在获得成功之后，马丁和辛格的方法被广泛应用于各种有机物的分离。1943年马丁以及辛格又发明了在蒸汽饱和环境下进行的纸色谱法。
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气相色谱和色谱理论的出现

1952年马丁和詹姆斯提出用气体作为流动相进行色谱分离的想法，他们用硅藻土吸附的硅酮油作为固定相，用氮气作为流动相分离了若干种小分子量挥发性有机酸。

气相色谱的出现使色谱技术从最初的定性分离手段进一步演化为具有分离功能的定量测定手段，并且极大的刺激了色谱技术和理论的发展。相比于早期的液相色谱，以气体为流动相的色谱对设备的要求更高，这促进了色谱技术的机械化、标准化和自动化；气相色谱需要特殊和更灵敏的检测装置，这促进了检测器的开发；而气相色谱的标准化又使得色谱学理论得以形成色谱学理论中有着重要地位的塔板理论和Van Deemter方程，以及保留时间、保留指数、峰宽等概念都是在研究气相色谱行为的过程中形成的。
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高效液相色谱

1960年代，为了分离蛋白质、核酸等不易汽化的大分子物质，气相色谱的理论和方法被重新引入经典液相色谱。1960年代末科克兰、哈伯、荷瓦斯、莆黑斯、里普斯克等人开发了世界上第一台高效液相色谱仪，开启了高效液相色谱的时代。高效液相色谱使用粒径更细的固定相填充色谱柱，提高色谱柱的塔板数，以高压驱动流动相，使得经典液相色谱需要数日乃至数月完成的分离工作得以在几个小时甚至几十分钟内完成。

1971年科克兰等人出版了《液相色谱的现代实践》一书，标志着高效液相色谱法 (HPLC)正式建立。在此后的时间里，高效液相色谱成为最为常用的分离和检测手段，在有机化学、生物化学、医学、药物开发与检测、化工、食品科学、环境监测、商检和法检等方面都有广泛的应用。高效液相色谱同时还极大的刺激了固定相材料、检测技术、数据处理技术以及色谱理论的发展。
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原理

色谱过程的本质是待分离物质分子在固定相和流动相之间分配平衡的过程，不同的物质在两相之间的分配会不同，这使其随流动相运动速度各不相同，随着流动相的运动，混合物中的不同组分在固定相上相互分离。根据物质的分离机制，又可以分为吸附色谱、分配色谱、离子交换色谱、凝胶色谱、亲和色谱等类别。
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吸附色谱

吸附色谱利用固定相吸附中西对物质分子吸附能力的差异实现对混合物的分离，吸附色谱的色谱过程是流动相分子与物质分子竞争固定相吸附中心的过程

吸附色谱的分配系数表达式如下：

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

其中[Xa]表示被吸附于固定相活性中心的组分分子含量，[Xm]表示游离于流动相中的组分分子含量。分配系数对于计算待分离物质组分的保留时间有很重要的意义。
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分配色谱

分配色谱利用固定相与流动相之间对待分离组分溶解度的差异来实现分离。分配色谱的固定相一般为液相的溶剂，依靠图布、键合、吸附等手段分布于色谱柱或者担体表面。分配色谱过程本质上是组分分子在固定想和流动相之间不断达到溶解平衡的过程。

分配色谱的狭义分配系数表达式如下：

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

式中Cs代表组分分子在固定相液体中的溶解度，Cm代表组分分子在流动相中的溶解度。
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离子交换色谱

离子交换色谱利用被分离组分与固定相之间发生离子交换的能力诧异来实现分离。离子交换色谱的固定相一般为离子交换树脂，树脂分子结构中存在许多可以电离的活性中心，待分离组分中的离子会与这些活性中心发生离子交换，形成离子交换平衡，从而在流动相与固定相之间形成分配。固定相的固有离子与待分离组分中的离子之间相互争夺固定相中的离子交换中心，并随着流动相的运动而运动，最终实现分离。

离子交换色谱的分配系数又叫做选择系数，其表达式为：

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

其中[RX + ]表示与离子交换树脂活性中心结合的离子浓度，[X + ]表示游离于流动相中的离子浓度。
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凝胶色谱

凝胶色谱的原理比较特殊，类似于分子筛。待分离组分在进入凝胶色谱后，会依据分子量的不同，进入或者不进入固定相凝胶的孔隙中，不能进入凝胶孔隙的分子会很快随流动相洗脱，而能够进入凝胶孔隙的分子则需要更长时间的冲洗才能够流出固定相，从而实现了根据分子量差异对各组分的分离。调整固定相使用的凝胶的交联度可以调整凝胶孔隙的大小；改变流动相的溶剂组成会改变固定相凝胶的溶涨状态，进而改变孔隙的大小，获得不同的分离效果。
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色谱理论
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关于保留时间的理论

保留时间是样品从进入色谱柱到流出色谱柱所需要的时间，不同的物质在不同的色谱柱上以不同的流动相洗脱会有不同的保留时间，因此保留时间是色谱分析法比较重要的参数之一。

保留时间由物质在色谱中的分配系数决定：

tR = t0(1 + KVs / Vm)

式中tR表示某物质的保留时间，t0是色谱系统的死时间，即流动相进入色谱柱到流出色谱柱的时间，这个时间由色谱柱的孔隙、流动相的流速等因素决定。K为分配系数，VsVm表示固定相和流动相的体积。这个公式又叫做色谱过程方程，是色谱学最基本的公式之一。

在薄层色谱中没有样品进入和流出固定相的过程，因此人们用比移值标示物质的色谱行为。比移值是一个与保留时间相对应的概念，它是样品点在色谱过程中移动的距离与流动相前沿移动距离的比值。与保留时间一样，比移值也由物质在色谱中的分配系数决定：

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

其中Rf是比移值，K表示色谱分配系数，VsVm表示固定相和流动相的体积。
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基于热力学的塔板理论

塔板理论是色谱学的基础理论，塔板理论将色谱柱看作一个分馏塔，待分离组分在分馏塔的塔板间移动，在每一个塔板内组分分子在固定相和流动相之间形成平衡，随着流动相的流动，组分分子不断从一个塔板移动到下一个塔板，并不断形成新的平衡。一个色谱柱的塔板数越多，则其分离效果就越好。

根据塔板理论，待分离组分流出色谱柱时的浓度沿时间呈现二项式分布，当色谱柱的塔板数很高的时候，二项式分布趋于正态分布。则流出曲线上组分浓度与时间的关系可以表示为：

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

这一方程称作流出曲线方程，式中Ct为t时刻的组分浓度；C0为组分总浓度，即峰面积；σ为半峰宽，即正态分布的标准差；tR为组分的保留时间。

根据流出曲线方程人们定义色谱柱的理论塔板高度为单位柱长度的色谱峰方差：

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

理论塔板高度越低，在单位长度色谱柱中就有越高的塔板数，则分离效果就越好。决定理论塔板高度的因素有：固定相的材质、色谱柱的均匀程度、流动相的理化性质以及流动相的流速等。

塔板理论是基于热力学近似的理论，在真实的色谱柱中并不存在一片片相互隔离的塔板，也不能完全满足塔板理论的前提假设。如塔板理论认为物质组分能够迅速在流动相和固定相之间建立平衡，还认为物质组分在沿色谱柱前进时没有径向扩散，这些都是不符合色谱柱实际情况的，因此塔板理论虽然能很好地解释色谱峰的峰型、峰高，客观地评价色谱柱地柱效，却不能很好地解释与动力学过程相关的一些现象，如色谱峰峰型的变形、理论塔板数与流动相流速的关系等。
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基于动力学的Van Deemter方程

Van Deemter方程是对塔板理论的修正，用于解释色谱峰扩张和柱效降低的原因。塔板理论从热力学出发，引入了一些并不符合实际情况的假设，Van Deemter方程则建立了一套经验方程来修正塔板理论的误差。

Van Deemter方程将峰形的改变归结为理论塔板高度的变化，理论塔板高度的变化则源于若干原因，包括涡流扩散、纵向扩散和传质阻抗等。

由于色谱柱内固定相填充的不均匀性，同一个组分会沿着不同的路径通过色谱柱，从而造成峰的扩张和柱效的降低。这称作涡流扩散

纵向扩散是由浓度梯度引起的，组分集中在色谱柱的某个区域会在浓度梯度的驱动下沿着径向发生扩散，使得峰形变宽柱效下降。

传质阻抗本质上是由达到分配平衡的速率带来的影响。实际体系中，组分分子在固定相和流动相之间达到平衡需要进行分子的吸附、脱附、溶解、扩散等过程，这种过程称为传质过程，阻碍这种过程的因素叫做传质阻抗。在理想状态中，色谱柱的传质阻抗为零，则组分分子流动相和固定相之间会迅速达到平衡。在实际体系中传质阻抗不为零，这导致色谱峰扩散，柱效下降。

在气相色谱中Van Deemter方程形式为：

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

其中H为塔板数，A为涡流扩散系数，B为纵向扩散系数，C为传质阻抗系数，μ为流动相流速。

在高效液相色谱中，由于流动相粘度远远高于气相色谱，纵向扩散对峰型的影响很小，可以忽略不计算，因而Van Deemter方程的形式为：

H = A + Cμ
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基本技术和方法

色谱法常见的方法有：柱色谱法、薄层色谱法、气相色谱法、高效液相色谱法等

柱色谱法是最原始的色谱方法，这种方法将固定相注入下端塞有棉花或滤纸的玻璃管中，将被样品饱和的固定相粉末摊铺在玻璃管顶端，以流动相洗脱。常见的洗脱方式有两种，一种是自上而下依靠溶剂本身的重力洗脱，一种是自下而上依靠毛细作用洗脱。收集分离后的纯净组分也有两种不同的方法，一种方法是在柱尾直接接受流出的溶液，另一种方法是烘干固定相后用机械方法分开各个色带，以合适的溶剂浸泡固定相提取组分分子。柱色谱法被广泛应用于混合物的分离，包括对有机合成产物、天然提取物以及生物大分子的分离。

薄层色谱法是应用非常广泛的色谱方法，这种色谱方法将固定相图布在金属或玻璃薄板上形成薄层，用毛细管、钢笔或者其他工具将样品点染于薄板一端，之后将点样端浸入流动相中，依靠毛细作用令流动相溶剂沿薄板上行展开样品。薄层色谱法成本低廉操作简单，被用于对样品的粗测、对有机合成反应进程的检测等用途。

气相色谱是机械化程度很高的色谱方法，气相色谱系统由气源、色谱柱和柱箱、检测器和记录器等部分组成。气源负责提供色谱分析所需要的载气，即流动相，载气需要经过纯化和恒压的处理。气相色谱的色谱柱一般直径很细长度很长，根据结构可以分为填充柱和毛细管柱两种，填充柱比较短粗，直径在5毫米左右，长度在2－4米之间，外壳材质一般为不锈钢，内部填充固定相填料；毛细管柱由玻璃或石英制成，内径不超过0.5毫米，长度在数十米到一百米之间，柱内或者填充填料或者图布液相的固定相。柱箱是保护色谱柱和控制柱温度的装置，在气相色谱中，柱温常常会对分离效果产生很大影响，程序性温度控制常常是达到分离效果所必须的，因此柱箱扮演了非常重要的角色。检测器是气相色谱带给色谱分析法的新装置，在经典的柱色谱和薄层色谱中，对样品的分离和检测是分别进行的，而气相色谱则实现了分离与检测的结合，随着技术的进步，气相色谱的检测器已经有超过30种不同的类型。记录器是记录色谱信号的装置，早期的气相色谱使用记录纸和记录器进行记录，现在记录工作都已经依靠计算机完成，并能对数据进行实时的化学计量学处理。气相色谱被广泛应用于小分子量复杂组分物质的定量分析。

高效液相色谱 (HPLC)是目前应用最多的色谱分析方法，高效液相色谱系统由流动相储液体瓶、输液泵、进样器、色谱柱、检测器和记录器组成，其整体组成类似于气相色谱，但是针对其流动相为液体的特点作出很多调整。HPLC的输液泵要求输液量恒定平稳；进样系统要求进样便利切换严密；由于液体流动相粘度远远高于气体，为了减低柱压高效液相色谱的色谱柱一般比较粗，长度也远小于气相色谱柱。HPLC应用非常广泛，几乎遍及定量定性分析的各个领域。
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应用

色谱法的应用可以根据目的分为制备性色谱和分析性色谱两大类。

制备性色谱的目的是分离混合物，获得一定数量的纯净组分，这包括对有机合成产物的纯化、天然产物的分离纯化以及去离子水的制备等。相对于色谱法出现之前的纯化分离技术如重结晶，色谱法能够在一步操作之内完成对混合物的分离，但是色谱法分离纯化的产量有限，只适合于实验室应用。

分析性色谱的目的是定量或者定性测定混合物中各组分的性质和含量。定性的分析性色谱有薄层色谱、纸色谱等，定量的分析性色谱有气相色谱、高效液相色谱等。色谱法应用于分析领域使得分离和测定的过程合二为一，降低了混合物分析的难度缩短了分析的周期，是目前比较主流的分析方法。在中华人民共和国药典中，共有超过600种化学合成药和超过400种中药的质量控制应用了高效液相色谱的方法。
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发展方向

色谱法是分析化学中应用最广泛发展最迅速的研究领域，新技术新方法层出不穷。
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新固定相的研究

固定相和流动相是色谱法的主角，新固定相的研究不断扩展着色谱法的应用领域，如手性固定相使色谱法能够分离和测定手性化合物；反相固定相没有死吸附，可以简单地分离和测定血浆等生物药品。
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检测方法的研究

检测方法也是色谱学研究的热点之一，人们不断更新检测器的灵敏度，使色谱分析能够更灵敏地进行分析。人们还将其他光谱的技术引入色谱，如进行色谱－质谱连用、色谱－红外光谱连用、色谱－紫外连用等，在分离化合物的同时即行测定化合物的结构。色谱检测器的发展还伴随着数据处理技术的发展，检测获得的数据随即进行计算处理，使试验者获得更多信息。
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专家系统

专家系统是色谱学与信息技术结合的产物，由于应用色谱法进行分析要根据研究内容选择不同的流动相、固定相、预处理方法以及其他条件，因此需要大量的实践经验，色谱专家系统是模拟色谱专家的思维方式为色谱使用者提供帮助的程序，专家系统的知识库中存储了大量色谱专家的实践经验，可以为使用者提供关于色谱柱系统选择、样品处理方式、色谱分离条件选择、定性和定量结果解析等帮助。
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色谱新方法

色谱新方法也是色谱研究热点之一。高效毛细管电泳法是目前研究最多的色谱新方法，这种方法没有流动相和固定相的区分，而是依靠外加电场的驱动令带电离子在毛细管中沿电场方向移动，由于离子的带电状况、质量、形态等的差异使不同离子相互分离。高效毛细管电泳法没有HPLC方法中存在的传质阻抗、涡流扩散等降低柱效的因素，纵向扩散也因为毛细管壁的双电层的存在而受到抑制，因而能够达到很高的理论塔板数，有极好的分离效果。
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参见

* 分析化学
* 高效液相色谱

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

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『玖』 电位滴定法的滴定模式

DET动态滴定模式
滴定液增量随滴定曲线的变化而变化，滴定速度开始 时较快，专但随着接近等当点属而自动放缓，直至找到等 当点。该模式可找到极小的突跃，自动测定pK值, 适合大多数水相体系滴定。

MET等量滴定模式
滴定液增量人为设定，滴定过程按所设定的增量向等 当点推进，直至找到等当点。该模式特别适合化学动 力弱的反应，非水体系和弱电解质体系的滴定。

SET终点设定滴定模式
适用于一般快速设定终点滴定。

MEAS模式
测量pH、U、lpol、Upol及温度。

CAL模式
多达9个缓冲液的pH校正，回归线的计算。

『拾』 求教科书生物分离工程(生物工程下游技术) 中 分离科学作用 谢谢

现代分离科学理论框架的研究
耿信笃, 张养军
(西北大学 现代分离科学研究所ö 现代分离科学陕西省重点实验室, 陕西 西安 710069)
摘要: 分离科学是研究物质在分子水平上的空间分布和移动规律的一门科学。如果这一看法是正确
的话, 那么, 分离科学理论就应该有一个能将各种分离技术原理及支持这些原理的共同理论, 即分
离科学理论框架。既然分离科学是从分子在空间迁移和分布规律的全过程来设计的, 该理论必然要
涉及到溶质分子在流体中的空间迁移和分布, 就必须了解在体系中组分的宏观性质。即①分离过程
中的热力学; ②溶质的迁移和扩散, 因为目前绝大多数组分的分离是在界面(特别是液2固界面)上
完成的, 这就是③分离过程中发生在界面上的计量置换。然而要从微观上深入了解物质能够被分离
的实质便是④平衡分离的分子学基础及⑤疏水效应。在了解了物质的微观、宏观性质及迁移规律
后, 如何才能使分离进行得更好, 这便是⑥分离过程中的最优化和选择分离方法时必须对各种分离
方法的特点有所了解的, ⑦分离方法的简介和比较。上述七部分内容应当成为现代分离科学的理论
骨架。
关 键 词: 分离科学; 热力学; 溶质计量置换保留理论; 疏水效应; 分离方法; 最优化; 理论骨架
中图分类号:O 651 文献标识码:A 文章编号: 10002274Ò (2002) 0520433205
从几千年前我国的炼丹术、酿酒术发展到近一
个世纪以来, 出现了多种分离技术或分离方法。特别
是近年来, 由于精细化工、生命科学和材料科学等新
兴学科的发展, 加之计算机和现代分离手段的广泛
应用, 促使这些新的分离方法的理论日臻完善, 技术
水平不断提高。遗憾的是, 多年来, 这些分离方法各
自讨论其分离原理, 如色谱中就有分配、吸附、离子
交换、反相和疏水色谱等, 故有关分离理论方面的内
容均分散在一些分离方法和其他学科之中。虽然国
外也出版过几本有关“分离方法”的书, 但其只是以
各个“分离方法”为主体分别进行阐述, 对于“分离方
法”的基础理论及各个“分离方法”之间的联系却涉
及甚少。1973 年, B. L. Karger 等 3 人出版了“A n
In t roct ion to Separat ion Science”一书[ 1 ]
, 虽然讲
述分离科学的理论部分不超过全书 1ö 3 的篇幅, 然
而他们的贡献是首次提出了“分离科学”这个概念。
1991 年, 理论色谱学家 J. C. Giddings 写的“A
U n if ied Separat ion Science”一书, 用化学势场和流
这两个各种分离方法共有的参数为纽带, 将原来似
乎毫无关系的、分散在各种分离方法中的分离原理
统一在一起讨论, 并称其为统一的分离科学[ 2 ]
。随着
高技术产业的出现, 特别是生物工程和生物技术及
材料科学的发展, 迫切要求提供更先进、更优化的分
离方法。一些国家和地区, 如美国的加州早在7 年前
就成立了分离科学协会, 其年会规模逐渐扩大, 现已
发展成一个国际性的年会, 还有《专门分离科学》、
《分离科学》及《分离工程杂志》出版, 表明分离科学
作为一个独立的科学分支正在形成和发展。
既然分离科学是一个独立的科学分支, 就必然
有其支撑的理论, 有一个能支持各种分离方法, 至少
是绝大多数的现代分离技术原理的基本理论。1990
年, 笔者之一出版了《现代分离科学理论导引》一
书[ 3 ]
, 对此问题进行了探索, 又经过 10 年的探索和
实践, 对原书作了大幅度的修改, 并增加了新的内容
和章节。最近, 该书已经被教育部研究生办公室推荐
为研究生教学用书, 并由高等教育出版社出版[ 4 ]
。在
该书前言中首次提出了现代分离科学理论框架的论
点。然而, 分离科学作为科学的一个独立分支, 是一
个不断发展和壮大的学科, 理论也在不断发展丰富,
内容也愈来愈丰富。所以,“现代分离科学理论框
架”到底应该包括那些内容, 仍是一个值得进一步探
讨的学术问题。
无论是什么分离方法和多么新的分离工艺, 都
是在研究物质在分子水平上的空间分布和移动规
律, 以及如何更好地实现这一目标。如果这一看法正
确的话, 那么, 现代分离科学理论就应该是为解决这
一问题而所必须的理论基础。
1 分离过程中的热力学
分离过程必然伴随着一种或几种组分的定向移
动以达到分离和浓集的目的, 所以分离过程是一个
组分在空间的再分配过程, 这就存在着一个哪些组
分能够在空间被浓集和哪些组分不能够被浓集, 以
及能够在空间被浓集到什么程度这样两个问题。分
离过程中的热力学就是为了判断这一过程的方向,
确定它的限度以及研究如何运用热力学知识以促使
某个或某些组分向我们期望的方向移动, 实现最大
限度的分离和浓集等有关理论及计算问题。分离过
程中所遇到的某些热力学的基本要点, 则一定会涉
及到相间的分配平衡、在分离过程中作为分子移动
驱动力的外加场作用下的平衡、相平衡、分配平衡、
气2液平衡热力学及溶液模型等方面的理论, 以及如
何将热力学第一和第二定律应用到密闭和开放的体
系中和运用化学势概念来解决问题。化学势是分离
过程中各个组分分离的驱动力, 尽管绝大多数的分
离是在外加场存在下实现的, 但这些外加场都可以
换算成化学势并使其成为总化学势的一部分。活度
系数及标准态是描述该过程中两个很重要的概念,
在应用时容易出现差错, 所以必须引起重视。平衡概
念是描述分离过程应用最多的概念, 其中相平衡原
理被用来描述单组分、双组分及 3 组分相图以及如
何将这些相图应用于简单组分的分离。分配平衡主
要涉及气2固、液2固和气2液 3 种平衡, 常用吸附等
温线对其过程进行描述和表征。由于这3 种平衡不
涉及化学反应, 因此被称之为第一类化学平衡, 而涉
及到利用化学反应进行分离的叫作第二类化学平
衡, 这类平衡在分离过程中亦经常遇到。溶液行为模
型是在研究气2液分离过程中的理论时经常遇到的
问题, 该模型涉及到对气相和液相(理想溶液、真实
溶液和正规溶液)中的某些热力学参数(包括过剩热
力学参数在内)的处理。
2 分离过程中溶质在两相界面上的计
量置换
以往的分离方法中, 在涉及相分离时, 往往只涉
及溶质在两相间的分配系数和化学势差等概念, 而
很少涉及相界面过程和这些过程对分离所作出的贡
献。对于溶质在两相界面上行为的处理, 涉及到近年
来才提出的计量置换的概念[ 5 ]
。计量置换的提出, 实
质上是基于物理学中“能量守恒”和“一个空间不能
同时容纳两个物体”的两个基本原理, 这一概念对于
许多科技工作者来讲并不陌生。例如, 离子交换时,
在某一离子被交换剂吸留的同时, 交换剂上即会释
放出等当量的同电荷符号的另一离子。这就是计量
置换的一个广为人知的事例。随着科学技术的发展,
现已知道, 计量置换可发生在其他许多埸合。例如,
某组分在相间分离过程中, 从 Α相进入 Β相(或表面
或内部)时可能置换的是 Β相中的溶剂分子(如果 Β
相是液相的话)。研究这样的置换过程, 即研究组分
从一相进入另一相时, 在相界面上发生了什么过程,
其组分如何在界面上进行迁移, 而相应的能量又是
如何变化, 如何将计量置换用于组分分离的宏观和
微观变化, 对了解分离机理和提高分离效果是十分
重要的。因为组分可在液2固、液2液、气2液相间进行
分离, 特别是液2固和液2液相间分离用得最多。所
以, 深入了解组分在相界面上迁移时所产生的化学
势突跃及其伴随的计量置换过程必将对组分的分离
有益。液固相界面上的计量置换, 包括新概念的定
义、物理及化学理论基础、计量置换模型的建立及其
在物理化学、生物化学、基因工程和色谱分离中的应
用。它指出了分离过程中, 在相界面上发生的基本过
程——溶质与置换剂(在许多情况下是溶剂)分子间
的计量置换关系。这种关系建立在体系中溶质、置换
剂和吸附剂分子间的多种热力学平衡和计量置换这
一概念的基础上, 从建立理论模型到引用一些数据
对模型进行检验以及通过液2固体系中溶质的计量
置 换 吸 附 理 论, 从 理 论 上 推 导 出 朗 格 缪 尔
(L angm u ir)及弗仑德利希(F reundlich)公式并与之
进行比较, 表明该理论更具有指导意义。因为该理论
是在多个热力学平衡的基础上推导的, 具有坚实的
理论基础。另外, 该理论中的参数皆具有明确的物理
意义, 这些都对它的应用以及对一些现象的解释奠
定了基础。现在, 该理论已经用于对液2液分配等温线的预计和对液相色谱中的溶质保留机理和反相液
相色谱中溶质保留过程的热力学的研究。经检验该
理论, 还可用于除尺寸排阻色谱以外的各类色谱以
及沉淀表面吸附过程。其计量参数既可以用来研究
生物大分子的构象变化, 也可用于蛋白质折叠过程
中自由能的测定, 还可用于表征色谱中作用力的类
型和溶剂强度。由于从热力学角度对柱相比的定义
和准确测定, 使热力学的研究可以更深入地进行。有
关溶质计量置换理论的发展及其应用已有详尽的综
述[ 6 ]
。
3 溶质的迁移与扩散
溶质在空间的再分配一定涉及到溶质分子的迁
移, 即在外加埸或内部化学势作用下向预定的、趋向
于平衡的方向移动。与此同时, 分子又不可避免地要
随机运动, 而且总是由高浓度向四周的低浓度区扩
散, 使分离开的溶质趋向于混合, 所以扩散是分子的
随机运动, 没有确定方向。迁移是提高分离度和浓集
所必需的, 因而应设法增强, 而扩散则相反, 是阻碍
分离和浓缩的, 所以应设法使其减弱直至最小。为
此, 必须了解在不同介质和不同分离体系中组分迁
移和扩散的基本性质和运动规律, 特别是与分离体
系密切相关的定量关系应有所了解, 以便对选择分
离体系的最优化条件有所帮助。溶质的迁移与扩散
应包括分离过程中动力学方面的问题。将机械运动
与 1 mo l 分子迁移进行比较, 以经典的牛顿力学推
导出分子迁移规律——费克(F ick ) 第一和第二定
律。通过对费克第二定律求解, 可以得出在理想条件
下溶质带迁移过程中的迁移模式——高斯浓度分布
曲线。在此基础上便能理解在气体、电解质溶液、在
流和在填充柱中的迁移与扩散规律以及迁移方程的
物理意义, 并且还可描述分离速度、摩擦系数及分子
参数之间的关系[ 7, 8 ]
。这些都是描述带的形成与扩散
不可缺少的一个重要组成部分。另外, 高斯带、统计
矩、随机过程、理论板高以及在洗脱系统中的板高,
是加深理解对带的迁移和扩散不可缺少的概念, 也
可促进对分离方法的优化研究。而且, 可以不用“理
论塔板”概念, 完全从理论上推导出洗脱曲线的形状
及板高, 这些都有利于从理论高度对分离过程的模
拟和理解。了解带的扩展机理, 计算分离度——峰容
量, 对如何提高分离度也十分有用。除了理想状态
外, 非理想条件下的非高斯带和稳态带的特性及其
数学表达式, 也是组成分离科学理论的重要问题之
一。
4 平衡分离的分子学基础
在利用热力学方法及有关参数来处理和选择分
离的最佳条件时, 有时会遇到分离系统中的一些参
数, 如温度、压力、组成等不总是随时都可知道的。这
样, 就有必要对确定分配系数大小的基础——分子
间相互作用力[ 1 ]
进行深入地了解, 以便选择最佳分
离条件。在许多情况下, 这些分子间的相互作用力又
与它们的分子结构、环境条件等因素有关, 因此从分
子结构的观点阐明溶质在两相间的分配规律, 并从
分子间的相互作用力得出溶解度参数及扩展的溶解
度参数的概念[ 9 ]
、计算方法、从分子水平描述带扩展
机理(色谱动力学)以及它们在分离科学中的应用
等, 是这部分讨论的目的。平衡分离的分子学基础着
重从分子间相互作用力的分类、性质、作用力的大小
计算入手, 对这些作用力与分子结构间的关系以及
结构与分离性质之间的关系进行讨论, 这部分的内
容包括经典的赫尔德布兰德(H ildeb rand)的溶解度
参数概念、计算方法以及扩展的溶解度参数理论。这
样, 就可以给出色散溶解度参数、诱导偶极和定向溶
解度参数和氢键溶解度参数的表达式及实验测定方
法。将这些参数用于描述液相色谱溶质保留行为, 形
成了扩展溶解度参数理论, 依次可以解释各类色谱
的实质性问题。另外, 马丁方程的分子学基础及熔化
熵、弗劳瑞—休金斯(F lo ry2 Huggin s)方程[ 10, 11 ]
及分
配系数对温度的依赖关系的讨论, 以及平衡分离的
分子学的其他概念, 能使分离过程中出现的许多现
象与分子间的作用力及分子结构相互联系起来, 并
能运用这方面的知识设计最优化分离方案, 以期得
到最佳的分离效果。
5 疏水效应
凡是涉及到有水溶液相存在的分离, 如液2固、
液2液分离都涉及到水溶液。为了研究在此条件下分
离过程的本质, 特别是研究生物大分子的分离过程,
必须了解“疏水效应” (hydrophob ic effect) , 或“疏水
相互作用” (hydrophob ic in teract ion, 简写为H I)等
概念。那么, 什么是“疏水效应” ? 什么是“疏水相互
作用”呢? 迄今还无公认的定义。顾名思义, 这是与
水溶液有关的一种特殊现象。人的生命离不开水, 人
体的生化过程几乎全是在体液(水溶液)中进行的。这些生化过程包括生物大分子的构象变化、蛋白折
叠、 酶与底物的结合、几条支链结合形成多支链的
酶、生物大分子高度凝聚形成的生物膜等, 而这些过
程的发生主要是在疏水相互作用力驱动下进行的。
因为分离科学不仅要从宏观上研究溶质间相互分离
的程度(即纯度)及回收率, 而且要考虑到分离过程
中分子构象是否发生了变化(即微观变化)和引起宏
观及微观变化的原因, 所以这不仅涉及到具有生物
活性的生物大分子的分离和纯化, 而且涉及到小分
子的分离机理。疏水相互作用力, 简称疏水力, 它不
是讨论分子间的相互作用力, 主要是讨论吸附力, 是
讨论溶剂对溶质的作用。确切地说, 是溶剂分子对溶
质分子产生的推力, 与分离过程中的分子平衡研究
对象相同, 属微观过程, 但这种微观过程的变化又会
引起宏观热力学量的改变。
从以上所述可知, 疏水相互作用是与范德华力
有关但又不完全相同的一种作用力。基于这一概念,
在现代科技及现代分离科学中十分重要但又不很成
熟的这一特点, 应着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, 并通过标
准迁移自由能及复杂相间溶质迁移的标准化学势计
算, 理解标准迁移化学势的计算方法。还应了解有关
疏水相互作用的一些名词的含意、了解疏水相互作
用大小、对式疏水相互作用、完全成对的相关函数、
溶剂对疏水相互作用自由能的影响和二聚平衡等简
单过程中的热力学函数的测定和计算。多质点间的
疏水相互作用是建立在对式疏水相互作用基础之上
的, 质点数为m 时, 疏水相互作用的近似测量方法
是为了解从简单溶质到蛋白质的疏水相互作用这一
桥梁作用的理解。另外, 还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对温度和压力的依赖性, 这
对于了解蛋白质分离过程中分子构象变化及失活的
本质的研究十分重要。疏水相互作用对温度和压力
的依赖关系和实验及测量方法奠定了该理论的基
础, 同时亦能提高对文献中的错误概念、数据可靠性
的判断能力。
6 对分离方法的科学分类
以上是从热力学、动力学以及分子学的基础上
对分离科学的理论框架进行论述的, 其最终目的是
要对分离过程进行优化, 对分离方法进行有效的选
择, 这就涉及到分离科学中的分类和优化问题。分类
学是一门独立的科学, 从研究化学元素周期表对发
现新的化学元素就是一个很好的例证, 表明了分类
学对科学的贡献。分离方法曾有过多种分类。但是,
以Giddings
[ 2 ]
提出的以化学势和流两个因素进行分
类最为科学。通过比较各类分离方法的相似点及不
同点, 探索出各种分离方法之间的内在联系并寻找
出分离科学中普遍存在的规律, 从而将多年来分散
在各个学科和技术领域中的, 表面上看来似乎毫无
联系的各类分离方法, 以这种化学势和流两个因素
将其联系起来进行讨论和比较, 为创立新的分离方
法和分离科学(最优化中选择分离方法)奠定了基
础。了解各种分离方法的内在联系和描述这种内在
联系的数学表达式, 深刻理解在外加场存在下的无
流(静态)分离法——电泳和沉降的特性, 稳态流中
的二相分离——萃取和有关方法, 流的辅助分离作
用即平行流分离——淘析、超滤、区带熔融和有关方
法以及垂直流分离——场级分流、色谱和有关方法。
7 分离科学中的优化
分离科学中的最优化就是如何在最短的时间
内, 用最低的消耗以获得最佳的分离效果, 获得一个
能表征各类分离方法的统一的优化模型, 这是一个
迄今尚未解决的问题。它涉及到一个分离体系的优
化目标, 又涉及到多方面的局部优化, 如分离方法的
选择、实验方法的建立、实验方案中每一单元操作的
优化, 以及各个单元操作之间的最佳组合, 如此等
等。一般说来, 用于分析测试及工业制备对分离最优
化的要求是不完全相同的, 前者因消耗很少, 多以在
追求最佳分离效果的前提下, 以尽可能地缩短分离
时间为主, 辅之以低消耗; 而工业生产上的优化则是
追求最大经济效益——获取最高利润为惟一目的,
故对于后者, 一切分离方法及选择分离工艺的优化
均以此为基础。例如删除一步分离就能达到质量要
求的简单工艺, 但因成本高工业生产上就不会采纳,
而会采纳成本很低的, 那怕是多 2～ 3 步的分离方
案。上述事例说明, 既便是局限于分离这一狭窄领域
中的每一个细节, 也难用一个通用的模型来描述其
最优化。分离科学中的最优化是通过对单元分离共
用的、最关键的参数进行优化, 辅之以工业上的整体
优化。无论哪一种分离方法, 从原则上讲: ①通过增
大外加场; ②减小分离过程中欲分离物质熵的增大;
③加大难分离物质对之间化学势的差异这 3 个最重
要的因素, 以及通过对这 3 个方面进行协同作用使分离过程达到最优化, 才是达到提高分离效率, 降低
生产成本的至关重要的优化因素。
综上所述, 分离科学是一门内容极其丰富的学
科, 对于工农业生产和基础科学研究十分重要。随着
高技术产业的出现, 特别是生物工程和新材料科学
的发展, 必将对分离科学提出更高的要求和新的挑
战, 也必然会推动分离科学迅猛发展, 为人类的健康
和幸福作出更大的贡献。