色谱分离的作用力及其应用

固定相对被分离组分的选择性取决于组分分子与固定相和流动相之间的弱作用力。这些弱作用力有以下几种形式。

静电力　这是极性分子永久偶极间的作用力，由此力形成的平均势能为

式中，k为波尔兹曼常数；T为热力学温度；R为固定液分子与组分分子之间产生相互作用的间距；负号表示吸引力。

从式（7-2）可见，静电作用能与两物质的偶极矩μ1、μ2的平方成正比，与两极性物质分子间的距离R的六次方及温度T成反比。

诱导力　这是非极性分子受到极性分子永久偶极电场作用而产生的诱导偶极时二者之间的作用力。由此力产生的平均作用能为

式中，μ1、μ2分别是固定液与组分的偶极矩；α1、α2分别为其分子的极化率。

从式（7-3）可见，若两个分子的偶极矩越大，诱导作用能则越大。两个分子越接近或分子体积越小，则诱导作用越强。(www.xing528.com)

色散力　这是非极性分子或弱极性分子间由于分子内电子振动所产生的瞬时偶极矩而引起的相互作用力。这种作用力产生相互作用能可表达为

式中，I1、I2分别是固定液与组分分子的电离能；α1、α2分别为其分子的极化率；R为固定液分子与组分分子之间产生相互作用的间距。

色散力不受温度影响，具有加合性。对非极性或弱极性的物质而言，分子间的作用力主要是色散力。

氢键作用力　这是与电负性原子（如N、O、F等）形成共价键的氢原子又和另一个电负性原子所生成的一种有方向性的相互作用力，常称为范德华力。这种作用力介于化学键力和色散力之间，通常在21～42J/mol。有机化合物形成氢键的强弱顺序参见表7-2所示。

表7-2　有机化合物形成氢键的强弱顺序

组分在两相间的作用力，就是上述弱作用力的综合作用。值得注意的是，固定相对组分的综合作用力大小，既不能太强，也不能太弱或者没有。如果作用力太强，则会导致洗脱困难（例如活性炭的吸附作用），不能实现动态分离；如果作用力太弱或者没有，固定相对组分的保留作用太弱或者没有，就没有选择性，同样也不能实现分离。所以，用于色谱分离的作用力，既不能太强，也不能太弱或者没有，就是这种“中庸”性质的弱作用力比较合适。