非线性色谱的非平衡热力学分离理论 Ⅱ. 非线性-传质动力学过程的0-1模型

在制备色谱的优化设计和控制过程中,若试图把基于偏微分方程(PDE)-Eulerian描述的Wilson色谱理论框架和基于离散时间状态的优化控制方法(如Markov决策过程(MDP)和模型预测控制(MPC)等)衔接在一起时,就会出现明显的障碍。本文提出基于Lagrangian-Eulerian描述(L-ED)的非线性传质色谱(NTC)的0-1模型来克服这些障碍。该模型把一个溶质微元单元划分为在流动相中并以其线速度移动的流动相溶质微元(SCm)和在固定相中其移动速度为0的固定相溶质微元(SCs)。引入由溶质微元的序号集合、溶质微元的位置矢量、固定相溶质浓度矢量和流动相溶质浓度矢量组成的热力学状态矢量Sk，并用其来描述色谱过程的局域热力学路径(LTP)和宏观热力学路径(MTP)。在非线性-理想-传质色谱的理论分析和数值实验中,0-1模型的数值解表现出很好的一致性、稳定性、守恒性及精确性等。该模型能很好地与控制论中的Markov决策过程或其他基于离散时间状态的优化控制方法相衔接。     

非线性色谱的非平衡热力学理论Ⅰ.非线性-非理想-平衡色谱过程的局域Lagrangian方法

提出非线性-非理想-平衡色谱过程的局域Lagrangian(LLA)方法的矩阵形式。基于Lagrangian描述、局域平衡假设和热力学状态函数等基本物理原理,设计了局域热力学路径(LTP),采用LTP获得了完全热力学状态递推方程的矩阵形式。该递推方程具有Markov特性。对基于LTP的LLA方法的收敛性、相容性和稳定性进行了理论分析和数值实验,给出LLA的稳定性条件。以矢量形式表示了该LLA计算机程序,并模拟了空间分布、轴向扩散和进样量等因素对洗脱曲线的影响。在遍历空间中,建立了离散时间形式的溶质带演化轨线和离散时间控制矢量之间的对应关系。按Bellman动态规划思想,给出对于非线性-非理想-平衡色谱进行优化控制的多段决策问题的简明算法,以此可获得状态矢量和控制矢量的优化轨线。该LLA的矩阵形式消除了制备色谱理论和Markov决策过程或其他基于离散时间状态的现代控制方法之间的鸿沟。     

色谱保留值方程的统一形式

本文采用点阵模型,运用统计热力学方法推导出色谱保留值方程的统一形式。根据不同的条件从此统一形式可获得描述气-固色谱、气-液色谱、液-固色谱、液-液色谱以及超临界流体色谱保留值规律的方程。上述方程均采用实验数据予以验证。     

气相色谱中保留值与进样量的关系

提出了测量气相色谱中吸附等温线的新方法，用不同进样量下测定的容量因子计算平衡时气-固两相组分浓度。利用建立的方法分别测量了正-己烷、正-壬烷和正-十一烷在邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、阿皮松-L(Apiezon)和β，β′-氧二丙腈(ODPN)柱上的吸附等温线，讨论了色谱峰形状与吸附等温线的对应关系。研究了气相色谱中进样量对保留值的影响，利用佛伦德利希(Freundlich)吸附等温式导出了描述保留值与进样量关系的数学表达式。理论和实验证明，保留值与进样量具有良好的对数线性关系。     

拖尾峰的类型

在通常的情况下,色谱峰大多是不对称的拖尾峰。对于拖尾峰的分类,我们认为应根据谱峰的描述函数来进行分类,这有助于了解物质在色谱过程中运动规律,有利于解释色谱曲线和进行谱峰拟合,有利于探求影响谱峰扩张的因素和了解扩张机理,因而能在本质上反映各类型拖尾峰的特征。 近来,越来越多的作者采用高斯函数的指数衰减(EMG)模型来描述拖尾峰,能用EMG模型描述的色谱峰称之为EMG峰,其描述函数为,     

蛋白质的反相液相色谱保留方程研究

要以胰岛素、细胞色素C、溶菌酶、转铁蛋白和肌红蛋白5种标准蛋白为研究对象,将6种浓度的标准蛋白在反相色谱(Waters Symmetry 300 C4、Waters Symmetry 300 C18、C8 HC)的保留时间非线性拟合(CSASS软件),获得了5种蛋白质在3种色谱柱的lnk=α+cCB方程,15个方程的回归系数均大于0.999,证实方程Ink=a+cCB可准确地描述蛋白质在反相色谱的保留规律.运用该方程可预测蛋白质在其它梯度条件下的保留时间,预测值和实验值的相对误差均小于5％.该方程还可用于蛋白质混合物的梯度分离的优化,20 min内可实现5种标准蛋白的基线分离.     

反相离子对色谱中有机溶剂浓度和溶质电荷数对保留值的影响

本文应用热力学的方法,导出了反相离子对色谱中有机溶剂浓度与保留值间的关系为: 1nk′_(ip)=1nk_(ip)~W+C_(ip)C_b 此关系式能很好地描述有机溶剂浓度对具有一、二和三价与离子对试剂反电荷溶质的保留值的影响。通过与溶质在反相色谱中保留行为的比较,确定静电力和分子作用力对参数1nk_(ip)~w和C_(ip)的贡献,而静电作用力与溶质的电荷数直接相关。通过对溶质电荷数对反相离子色谱中保留值贡献的修正,可估算溶质在反相色谱中的保留值。     

胰岛素反相制备色谱的方法开发

以胰岛素反相制备色谱方法的开发和优化为目标,通过考察色谱保留参数、峰展宽及样品流出曲线的浓度分布等色谱参数,对流动相梯度、色谱填料、载样量等色谱条件进行了优化,并建立了胰岛素制备色谱峰参数的描述方法。结果表明,所建立的方法可快速筛选出最适于胰岛素分离的色谱条件(包括流动相梯度及分离填料),即流动相中的强洗脱溶剂(有机相)需采取缓梯度窄区间的变化条件,筛选出的分离填料需具备峰向两侧展宽且展宽程度较小、样品最高浓度居中分布的特点。将方法用于实际胰岛素粗品的纯化制备,获得了杂质去除效果好、胰岛素纯度高的产品。该法为胰岛素反相色谱纯化制备方法的快速建立提供了指导,具有较强的实用价值,同时为发展大分子化合物的制备色谱方法提供了参考。     

土壤淋溶柱色谱中有机调节剂对保留的影响

 摘要：系统考察了55种非离子型化合物（包括11个氯代苯类、14个烷基苯类、22个多苯和多环芳烃类化合物、8个农药）在土壤淋溶柱色谱和较宽的淋洗剂（甲醇-水）组成范围内容量因子（k'）与甲醇体积分数（ψ）的关系。用自制加压装柱机将标准土壤干法装填成10mmi.d.×100mm的液相色谱柱,ψ=00.80的等度淋洗剂的流速1mL·min-1,柱温(25.0±0.1)℃,用UV检测器在线检测。实验表明,logk'=logkw+aψ+bψ2和logk'=logkw-Sψ两式均可以用来描述保留规律,但后者因其计算简     

非平衡塔板理论的几个问题

本文用非平衡方法对塔板理论进行了重新处理,导出了描述塔板过程的统一方程（平衡或非平衡）如下：（注：符号ｐｆ（ｒ,ｎ）表示交换ｎ次后第ｒ号塔板流动相中的物质分数;符号ｑｆ（ｒ,ｎ）表示交换ｎ次后第ｒ号塔板固定相中的物质分数）经计算机数值计算,得到如下初步结果：（１）色谱峰是不对称峰,其形状与流速有关。流速增大,不对称性将增大。流速的改变,也会引起峰形的其它改变。（２）色谱峰的峰宽与流速有关。流速增大,峰宽（以塔板数为量纲）将增大。（３）色谱峰的峰高与流速有关。流速增大,峰高将减小。     

色谱柱选择对23种防腐剂测定结果的影响

以化妆品中23种防腐剂检测方法为例,探讨色谱柱选择对液相色谱方法测定结果的影响。参照《化妆品安全技术规范》甲基异噻唑啉酮等23个组分的检验方法,在2台不同的高效液相色谱仪上用15款不同品牌、型号的C₁₈色谱柱检测23种防腐剂,计算色谱峰的理论塔板数和分离度,对23种组分的分离效果进行分析,并应用USP (United States Pharmacopeia)数据库和PQRI (Product Quality Research Institute)数据库等2种等效色谱柱选择方法,对不同色谱柱的分离效果及等效性进行评价和预测。实验结果表明,15款色谱柱对23种防腐剂的分离效果差异显著,仅有2款色谱柱可以实现23种组分的完全分离。USP和PQRI数据库中2种等效色谱柱选择方法均无法预测出合适的等效色谱柱,对23种防腐剂的液相色谱分析参考价值均较小。色谱柱是影响23种防腐剂液相色谱法测定结果准确性的关键因素,有关实验室在应用该方法时,应考虑色谱柱选择性差异。化妆品基质复杂,如何在现有研究成果的基础上,开发色谱柱的筛选和预测评价体系,进而指导实际样品的分离是下一步研究的重点、难点。建议有关部门在制修订检测方法时,注重色谱柱的耐用性考察,完善系统适应性指标,细化色谱柱分类和增加描述信息,指导色谱柱的合理选择,从而规避由于色谱柱使用过程中选择依据缺失而导致测定结果不准确的风险。     

定标粒子理论的气相色谱保留值方程

以定标粒子理论为基础,通过对溶质、溶剂分子间的相互作用加以系统研究,得到了描述溶质、溶剂分子参量及色谱条件对气相色谱过程中溶质容量因子的影响规律。通过实验证实了溶质容量因子在一定范围内与柱压近似呈线性关系,并验证了容量因子与柱温及加和性物性参量的关系。     

色谱柱分离过程的驰豫理论基本模型的建立

根据样品分子在色谱柱分离过程中的输运特征,认为样品在系统中以跃迁的方式完成迁移,建立了色谱柱分离过程驰豫理论的基本模型。假设溶质在两相间平衡,用母函数方法研究非连续递推形式的驰豫理论输运动力学微分方程组,得到了描述组分在柱后浓度分布规律的基本流出曲线方程,并通过数值解方法模拟谱图对各输运参量与流出曲线特征的关系加以讨论。     

前沿洗脱色谱中溶质突破曲线的研究

考虑了溶质与色谱固定相间的相互作用和固定相表面上活性点总数不变以及溶质在柱内的质量平衡,推导出了描述溶质在前沿色谱中突破曲线的基本方程,对此方程的性质进行了初步讨论,并将实验测定的几种生物大分子的洗脱曲线与本文推导出的方程进行了比较,获得了结果的一致性。     

分子电性距离矢量用于酯的定量结构-色谱保留相关研究

分子电性距离矢量(MEDV)是一种描述分子二维结构的拓扑描述子,由4种类型原子间相互作用的10个元素组成.通过引入原子属性和原子类型的概念构建的MEDV,适用于描述含多个杂原子、饱和键与不饱和键、环和非环等分子结构特征.利用MEDV对73个酯在不同固定相、不同柱温下219个样本的气相色谱保留指数值(R1)建立多元线性回归模型,其相关系数r=0.9957,继以留一谣(Leave-one-out)进行交互检验,相关系数rCV=0.0950.建模结果显示,MEDV具有很好的结构选择性,所建定量结构-保留关系(QSRR)模型具有良好的稳定性和预测能力,较好地揭示了酯类化合物在不同固定相、不同柱温下气相色谱保留指数的变化规律.     

烷烃同系物气相色谱保留指数的分子拓扑研究

定义了分子中原子的平衡电负性,并用原子的平衡电负性对分子图进行着色,在距离矩阵的基础上结合分子中各原子的支化度构建了一种新的拓扑指数N1,N2和N3。该拓扑指数对分子结构实现惟一性表征,具有优良的结构选择性。将拓扑指数N1,N2和N3与烷烃在固定相角鲨烷(柱温50　℃)及SE-30(柱温80　℃)上的气相色谱保留指数进行多元线性回归,结果表明烷烃的气相色谱保留指数可分别定量描述为I(Squalane)=23.97842N1-3.86562N2+0.787379N3+42.33061,I(SE-30)=23.83937N1-3.5687N2+0.939876N3+22.11952。用上述回归方程对烷烃的气相色谱保留指数进行预测,结果表明预测值与实验值的平均相对误差均为1.31%,预测结果误差在实验误差范围内。     

超临界流体色谱保留行为的研究——烃类在非极性柱上的保留值

本文在 Martire 等人以平均场晶格模型处理超临界流体色谱(SFC)保留值方法的基础上,提出修正函数的假设,结合实验数据确定了修正函数的具体表达式为△′=(0.01605+0.02387n_■)ρ~3_■/T,-(0.01382+0.02055n_■)ρ~4_■/T_■。经过修正后的保留值方程可在较大密度范围内(ρ_■:0.705～1.632)定量描述正构烷烃在非极性柱上,超临界流体 CO_2中的保留值变化规律。     

色谱流出曲线方程的讨论

色谱流出曲线方程的讨论周申范（南京理工大学化工学院２１００９４）１引言由塔板理论导出的色谱流出曲线方程式是色谱理论的基础。它以简单而优雅的形式指出了有关一个柱内色谱峰分离的定性和定量机理。尽管它有某些不足，但由于它能很好地解释流出曲线的形状、浓度极大...     

气相色谱柱内过程模拟和条件优化软件

各种已有的色谱模拟程序软件多用于描述谱峰的流出状况,对于实际样品在柱内的运动过程则缺乏关注。随着多维色谱技术的发展和色谱教学工作的深入,愈来愈多的人需要定量并形象地了解组分在柱内运动过程状况,特别是它们在气相色谱非等温(或液相色谱非等度)条件下的行为。计算机技术的发展为这一工作的研究提供了有力的工具。     

径向色谱中溶质的输运特征

基于溶质在径向色谱柱内输运的质量平衡方程, 在线性分配条件下, 得到了描述分离柱效和流出曲线形状各参数的理论表达式, 也对柱效和流出曲线对称性的变化趋势加以系统讨论. 结果表明: 径向色谱中, 柱效与体积流速之间的关系与轴向色谱中柱效与流动相线速度的关系在趋势上相同; 在较高流速下运行时, 径向色谱仍可以得到高柱效. 随着溶质容量因子、进样时间的增加, 柱效单调降低. 柱直径和柱长对柱效的影响存在交叉, 设计半径较大而长度较短的色谱柱将更有利于提高分离柱效. 径向色谱适宜于大分子样品的稳定分离方法建立, 也预示其对于蛋白、DNA等样品的制备分离具有明显优势.