溶剂系统优化.ppt

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1、关于溶剂系统优化现在学习的是第1页，共24页现在学习的是第2页，共24页优化目的优化目的：控制各组分的保留及洗脱顺序；控制各组分的保留及洗脱顺序；在尽可能短的时间内实现各组分的最优分离。在尽可能短的时间内实现各组分的最优分离。气相色谱：气相色谱：H2、N2 可供选择的余地不大可供选择的余地不大液相色谱：固定相和流动相均可选择液相色谱：固定相和流动相均可选择 流动相有优化的必要。流动相有优化的必要。现在学习的是第3页，共24页实验条件的选择实验条件的选择v分离方程式：分离方程式：22114kknRa为柱效项：柱性能为柱效项：柱性能b为柱选择性项：为柱选择性项：=K K2 2/K K1 1=k k

2、2/2/k k1 1 ，固定液，固定液c为柱容量因子项为柱容量因子项：柱温、：柱温、固定液量、固定液量、K Ka b c现在学习的是第4页，共24页对对HPLC：n 由固定相及色谱柱填充质量决定。由固定相及色谱柱填充质量决定。主要受溶剂种类的影响。主要受溶剂种类的影响。k 受溶剂配比的影响。受溶剂配比的影响。不同种类的溶剂，分子间的作用力不同，有可能使被不同种类的溶剂，分子间的作用力不同，有可能使被分离的两个组分的分配系数不等，即分离的两个组分的分配系数不等，即 1。改变流动相中。改变流动相中各种溶剂的配比，能改变其洗脱能力，组分的各种溶剂的配比，能改变其洗脱能力，组分的k也改变。增也改变。增

3、加流动相中强溶剂的比例，其洗脱能力增强，使加流动相中强溶剂的比例，其洗脱能力增强，使k变小。变小。现在学习的是第5页，共24页vn n、k k 对分离度的影响对分离度的影响现在学习的是第6页，共24页斯奈德斯奈德(Snyder)溶剂分类溶剂分类：以乙醇以乙醇(质子给予体质子给予体)、二氧六环、二氧六环(质子受体质子受体)、硝基四烷、硝基四烷(强强偶极体偶极体)等三种极性溶质为参考物质计算溶剂的极性参等三种极性溶质为参考物质计算溶剂的极性参数数P。为极性分配系数硝基甲烷二氧六环乙醇ggggKKKKP )lg()lg()lg(PK：XPK：XPK：Xgngdge 硝基甲烷二氧六环乙醇偶极作用能力给

4、予质子能力接受质子能力)lg()lg()lg(现在学习的是第7页，共24页 质子受体溶剂 质子给予体溶剂 偶极作用力溶剂现在学习的是第8页，共24页溶剂强度溶剂强度：溶剂强度指的是溶剂对样品组分的洗脱能力。溶剂强度指的是溶剂对样品组分的洗脱能力。样品组分的样品组分的k值值越小越小，溶剂的洗脱能力，溶剂的洗脱能力越强越强。即溶剂强度。即溶剂强度越大。越大。正相色谱中：溶剂的正相色谱中：溶剂的P 值越大，其洗脱强度越大。值越大，其洗脱强度越大。反相色谱中：溶剂的反相色谱中：溶剂的S值越大，其洗脱能力越大。值越大，其洗脱能力越大。现在学习的是第9页，共24页溶剂的选择溶剂的选择：对正相色谱对正相色谱

5、(NP-bonded phase chromatography)溶剂一般以己烷为底剂（指洗脱强度最弱的溶剂）。溶剂一般以己烷为底剂（指洗脱强度最弱的溶剂）。加入一定量的可与己烷互溶的强溶剂（加入一定量的可与己烷互溶的强溶剂（、组组）组成二）组成二元溶剂系统。通过调节二元溶剂的配比来改变溶剂系统的洗脱强度元溶剂系统。通过调节二元溶剂的配比来改变溶剂系统的洗脱强度。通过改用其他组别的溶剂（与己烷组成具有相似洗脱强度通过改用其他组别的溶剂（与己烷组成具有相似洗脱强度的溶剂）组成二元溶剂系统，则有可能改善分离选择性。的溶剂）组成二元溶剂系统，则有可能改善分离选择性。现在学习的是第10页，共24页溶剂的

6、选择溶剂的选择：对反相色谱对反相色谱(RP-bonded phase chromatography)溶剂一般以水为底剂。溶剂一般以水为底剂。加入一定量的可与水互溶的强溶剂（加入一定量的可与水互溶的强溶剂（、组组）组成二元）组成二元溶剂系统。通过调节二元溶剂的配比来改变溶剂系统的洗溶剂系统。通过调节二元溶剂的配比来改变溶剂系统的洗脱强度。脱强度。通过改用其他组别的溶剂（与水组成具有相似洗脱强度的通过改用其他组别的溶剂（与水组成具有相似洗脱强度的溶剂）组成二元溶剂系统，则有可能改善分离选择性。溶剂）组成二元溶剂系统，则有可能改善分离选择性。对正相和反相：若二元溶剂系统难以达到所需要的分离效对正相和

7、反相：若二元溶剂系统难以达到所需要的分离效果，也可以使用三元或多元溶剂系统。果，也可以使用三元或多元溶剂系统。现在学习的是第11页，共24页优化参数：优化参数：各种色谱参数中，用以待优化的参数称为优化参数。各种色谱参数中，用以待优化的参数称为优化参数。进行色谱分离优化时，应选择对样品具有显著影响的条进行色谱分离优化时，应选择对样品具有显著影响的条件参数作为优化参数（各参数对色谱分离的影响大小与所选件参数作为优化参数（各参数对色谱分离的影响大小与所选用的色谱技术有关）。用的色谱技术有关）。通过通过正交设计正交设计或或均匀设计均匀设计进行因素试验；进行因素试验；通过通过方差分析方差分析或或多元回归

8、分析多元回归分析确定各因素的主次效应确定各因素的主次效应。现在学习的是第12页，共24页优化指标：优化指标：是指在优化的过程中用来衡量试验效果的质量标准。是指在优化的过程中用来衡量试验效果的质量标准。又称目标函数。又称目标函数。单指标优化单指标优化 多指标优化多指标优化对建立优化指标的要求：对建立优化指标的要求：1、样品中有尽可能多的组分被检测；、样品中有尽可能多的组分被检测；2、样品中各组分能得到比较满意的分离；、样品中各组分能得到比较满意的分离；3、分析时间尽可能短。、分析时间尽可能短。现在学习的是第13页，共24页最优化方法的建立：最优化方法的建立：最优化方法：最优化方法：1、“解析式解

9、析式”法法 在优化指标和优化参数间建立起函数关系式（数学模型），在优化指标和优化参数间建立起函数关系式（数学模型），通过数值法计算来进行优化点的确定的方法。又称通过数值法计算来进行优化点的确定的方法。又称“间接寻优间接寻优法法”。2、“黑箱式黑箱式”法法 不研究数学模型，仅通过试验以优化指标指导优化进行的不研究数学模型，仅通过试验以优化指标指导优化进行的方向，直至寻找到最优点的方法。又称方向，直至寻找到最优点的方法。又称“直接寻优法直接寻优法”。现在学习的是第14页，共24页最优化方法的建立：最优化方法的建立：最优化方法：最优化方法：1、并行（、并行（simultaneous）优化）优化 通过

10、实验技术对有关因素的水平规划后同时进行诸因素各通过实验技术对有关因素的水平规划后同时进行诸因素各水平的试验，并由实验结果直接计算最优化条件。水平的试验，并由实验结果直接计算最优化条件。2、序贯（、序贯（sequential）优化）优化 即序贯地进行一系列实验，通过实验分析已取得的试即序贯地进行一系列实验，通过实验分析已取得的试验结果，预测优化的可能方向，在此基础上设计新的实验验结果，预测优化的可能方向，在此基础上设计新的实验，重复该步骤至最佳。，重复该步骤至最佳。现在学习的是第15页，共24页 在高效液相色谱实际工作中流动相的选择是关键，选择合在高效液相色谱实际工作中流动相的选择是关键，选择合

11、适与否及选择的速度代表着色谱工作者的经验水平。适与否及选择的速度代表着色谱工作者的经验水平。对于组成简单的试样：可以根据流动相和试样的极性较对于组成简单的试样：可以根据流动相和试样的极性较快地找到合适的流动相。快地找到合适的流动相。对于组成复杂的试样：则需要通过溶剂系统的优化才能选对于组成复杂的试样：则需要通过溶剂系统的优化才能选择到最佳分离条件。择到最佳分离条件。现在学习的是第16页，共24页常用溶剂的强度因子常用溶剂的强度因子 水 甲醇 乙腈 丙酮 0 3.0 3.2 3.4 二恶烷 乙醇 异丙醇 四氢呋喃 3.5 3.6 4.2 4.5现在学习的是第17页，共24页Glajch三角形法：

12、三角形法：1、选择具有显著选择性差异的溶剂。反相键合相色谱常选甲醇、乙、选择具有显著选择性差异的溶剂。反相键合相色谱常选甲醇、乙腈、四氢呋喃，以水为底剂；正相键合相色谱常选乙醚、氯仿和二腈、四氢呋喃，以水为底剂；正相键合相色谱常选乙醚、氯仿和二氯甲烷，以己烷或戊烷为底剂。氯甲烷，以己烷或戊烷为底剂。2、以其中一种溶剂与底剂组成的二元基础溶剂系统进行试验，调整溶、以其中一种溶剂与底剂组成的二元基础溶剂系统进行试验，调整溶剂配比，使组分的剂配比，使组分的k值在适宜范围（值在适宜范围（25），求出溶剂强度。），求出溶剂强度。：k，：其强度因子为能获得适宜甲醇水溶液如)1(%402.1%400.3%6

13、0033221OHCHOHCHOHOHSSS现在学习的是第18页，共24页Glajch三角形法：三角形法：3、计算确定具有等洗脱强度的另外两个二元溶剂乙腈、计算确定具有等洗脱强度的另外两个二元溶剂乙腈(2)和四氢呋喃和四氢呋喃(3)的组成。的组成。267.05.4)02.1(375.02.3)02.1(3THFCNCH即（即（2）为）为37.5%的乙腈水溶液，（的乙腈水溶液，（3）为）为26.7%的四氯呋喃水溶液的四氯呋喃水溶液。其中（其中（1）（）（2）（）（3）三种二元溶剂的洗脱强度等，但选择性不）三种二元溶剂的洗脱强度等，但选择性不同。同。现在学习的是第19页，共24页Glajch三角形

14、法：三角形法：4、以溶剂、以溶剂(1)(2)(3)为溶剂选择三角为溶剂选择三角形的三个顶点，三角形各点的洗脱形的三个顶点，三角形各点的洗脱强度均相等。在三角形三边上的任强度均相等。在三角形三边上的任何一点，都可组成三元混合溶剂流何一点，都可组成三元混合溶剂流动相。在三角形内的任何一点，都动相。在三角形内的任何一点，都可组成四元溶剂流动相。可组成四元溶剂流动相。64.0043.025.0064.01043.016.0267.025.067.0375.0064.016.04.09613.0187.02.01187.05.0375.02.05.04.04233233OHTHFCNCHOHCHOHCN

15、CHOHCH；：；：的组成为四元溶剂如的组成为三元溶剂如现在学习的是第20页，共24页单纯形法：单纯形法：单纯形法是一种应用较为广泛的多因素优化方法。单纯形法是一种应用较为广泛的多因素优化方法。单纯形：指在一定空间中由直线组成的最简单的封闭图形。单纯形：指在一定空间中由直线组成的最简单的封闭图形。首先按照起始单纯形的首先按照起始单纯形的n+1个顶点的坐标安排个试验，通过比个顶点的坐标安排个试验，通过比较这些试验结果，淘汰其中指标值最差的点，以新的点代之较这些试验结果，淘汰其中指标值最差的点，以新的点代之。从而构成新的单纯形，如此不断取代，逐步调向最优点。从而构成新的单纯形，如此不断取代，逐步调

16、向最优点。现在学习的是第21页，共24页单纯形法：单纯形法：单纯形法优点：单纯形法优点：不受因素限制，当因素增多时，试验次数不增加很多。不受因素限制，当因素增多时，试验次数不增加很多。不要求对峰组分进行览别，可用于未知样品的色谱分离优不要求对峰组分进行览别，可用于未知样品的色谱分离优化。化。单纯形法缺点：单纯形法缺点：较多用于无约束条件下的寻优，当遇有边界限制需撤销不较多用于无约束条件下的寻优，当遇有边界限制需撤销不可行顶点时，容易导致多面体的退化甚至可行顶点时，容易导致多面体的退化甚至“崩溃崩溃”。当响应面有多个极值时，有时只能找到局部优化点。当响应面有多个极值时，有时只能找到局部优化点。现在学习的是第22页，共24页溶剂系统组分的选择溶剂系统组分的选择现在学习的是第23页，共24页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第24页，共24页