Г. Кристиан - Аналитическая химия, том 2 (1108738), страница 28
Текст из файла (страница 28)
На рис. 19.5 показана зависимость ВЭТТ от линейной скорости в высокоэффективной жидкостной хроматографии для частиц различного диаметра. При очень низких скоростях для частиц малого диаметра молекулярная диффузия ощутима и ВЭТТ увеличивается слабо. Причем для малых частиц сорбента в ВЭЖХ зависимость ВЭТТ от скорости потока выражена более слабо по сравнению с зависимостью в газовой хроматографии. Для колонок, правильно заполненных частицами с диаметром 5 мкм (этот размер частиц используется наиболее часто), значения ВЭТТ обычно находится в диапазоне 0,01 — 0,03 мм (10-30 мкм). Заметим, что рис. 19.5 соответствует этому.
Открытые капиллярные колонки в газовой хроматографии 44т 19.3. ТЕОРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ КОЛОНОК 70 РИС. 19.5 Кривые Ван Деемтера в ВЭЖХ для частиц разного диаметра, иллюстрирующие большую эффективность прн использовании наименьших частиц, особенно при высоких скоростях потока. Данные получены для образца треш-бутнлбенэола1 внутренний диаметр колонки — 4,6 мм, подвижная фаза: 65% ацетонитрила — 35% воды (М.
%. Ооп8, М. К. Оап1. Т.С-стС, 2 (1984) 294). Опубликовано с разрешения 60 80 40 я я 30 20 10 0 1 2 3 4 8 6 7 8 Скорость потока, мл/мнн Эмпирическое уравнение для жидкостной хроматографии, учитывающие отклонения от уравнения Ван Деемтера, было предложено Ноксом. В уравнении Накса, содержащем корень третьей степени из скорости, входят безразмерные величины, поскольку физический смысл включенных в него параметров неясен: (19.22) Параметр А обычно составляет от 1 до 2, причем большее значение характерно для плохо заполненных колонок;  — около 1,5 и С вЂ” около 0,1.
Таким образом, для хорошей хроматографической колонки применимо следующее уравнение: Ь=н +д— 80,1г 111 1,5 (19.23) Эффективность и размер частиц в ВЭЖХ Н = (2 — 3)т(р (19.24) На рис. 19.6 показаны зависимости числа теоретических тарелок от линейной скорости при различном диаметре частиц (число тарелок приведено в логарифмическом масштабе). Влияние различий в размерах частиц наиболее существенно проявится в колонках равного диаметра при близких значениях продольной Эффективность колонки связана с размером частиц. Как уже было сказано ра- нее, для хорошо заполненных в ВЭЖХ колонок высота тарелки составляет 2 — 3 средних диаметра частиц: ГЛАВА! 9. ХРОМАТОГРАФИЯ: ПРИНЦИПЫ И ТЕОРИЯ 446 РИС. 19.6 10000 1000 100 Линейная скорость, см/с диффузии".
Более крупные частицы приведут к возникновению застойных зои в колонке, поскольку молекулы анализируемого вещества будут проходить боль- ший путь внутри пор частиц, что и приведет к уширеиию пиков. Фактор удерживания в хроматографии Фактор удерживаиии (коэффициент емкости) для пика вещества определяется как: (19.25), где гя — время удерживания (т. е. время, необходимое для выхода максимума хроматографического пика), Гм — время выхода иеудерживаемого компонента 1см. уравнение (19.6)1. Большие значения фактора удерживания, с одной стороиы, приводят к лучшему разделению, а с другой стороны, — к увеличению времеви злюироваиия.
Таким образом, необходимо подбирать оптимальные условия исходя из зффективиости разделения и времени разделения. Фактор удерживаиия можно повысить, увеличив объем неподвижной фазы. Изменение фактора удерживания отражает частичное разрушение неподвижной фазы в колонке. Через фактор удерживания и общее число тарелок можно выразить зффективиое число тарелок: "Гей (19.26) Объем хроматографической колонки включает объем неподвижной фазы и пустбты, которые заполняются подвижной фазой. Объем пустот можно опреде- Особого смысла в этом нет; цоскеяьку сопротивление диффузии также зависит сг размера частиц, то значе- ние продольной диффузии тоже будет варьироваться цри варьировании размеров продольных частиц.— Прим. иерее. Зависимость числа тарелок от линейной скорости подвижной фазы для 1О-саитиметровых колонок, заполненных частицами разного размера (1.
Мас!ецвац, В. МцгрЬу. ТогГау'л СЪет!ж аг Рог», РеЬпгагу (1994) 29). Опубликовано с разрешения %а1егз Согрога11оп 1О 0,0 0,2 0,4 О,б 0,8 1,0 1,2 19.3. ТЕОРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХРОМАТОГРАФИЧЕОКИХ КОЛОНОК 14Э лить, исходя из ~ и объемной скорости подвижной фазы. Пустой объем эквива- лентен объему подвижной фазы, необходимому для однократного промывания колонки. Пример 19.2 Рассчитайте фактор удерживания для хроматографического пика, изображенно- го на рис. 19.3. Рвшвнив С помощью линейки измеряем следующие характеристики: ~я = 52,3 мм и е = 8,0 мм. Тогда 52„3 -8,0 8,0 Желательно, чтобы фактор удерживания принимал значение от 1 до 5. Если зна- чение Тт слишком низкое, вещества будут быстро элюироваться из колонки и раз- деление будет недостаточным.
Большие значения Тс приводят к значительному удерживанию и, таким образом, к увеличению времени разделения. Разрешение а хроматографии Разрешение двух хроматографических пиков рассчитывают по формуле: тяз тя1 (зон + зоы)!2 (19.27) Обычно достаточным считают разрешение не менее 0,75. — Прим. нерее. где гя, и ~ — времена удерживания двух соседних пиков (вещество 1 элюируется первым); ма — ширина пиков у основания. Величина Я, характеризует способность колонки к разделению пиков двух веществ. Разрешение 0,6 необходимо для того, чтобы различить два пика одинаковой высоты'.
Разрешение 1,0 при перекрывании двух пиков равной ширины на 2,3'А — минимальное требование для надежного качественного анализа. При значении 1,5 и перекрывании площадей пиков на 0,15е для пиков равной ширины и высоты удается достичь разделения пиков до базовой линии. Можно описать разрешение с использованием термодинамических параметров без учета ширины пика. Фактор разделения (коэффициент селективно- ГЛАВА 19.
ХРОМАТОГРАФИЯ: ПРИНЦИПЫ И ТЕОРИЯ сти) а — термодинамическая величина, которая характеризует относительное удерживание разделяемых веществ: гнг лг а= гяг (19.28) где гш и 1 — исправленные времена удерживания [см. уравнение (19.6)1; /~, и l~г — соответствующие факторы удерживания [см.
уравнение (19.5)). Таким образом, можно описать условия, когда пики будут хорошо разделяться, не учитывая ширину пиков. Тогда разрешение можно записать как: (19.29) С учетом уравнения (19.2б) можно рассчитать эффектив- ное число теоретических тарелок: ,г (19.31) (,а — 1 Рисунки справа показывают, как увеличивается разрешение при увеличении АГ, А и а, Следует заметить, что увеличение й связано с повышением времени удерживания и уширением обоих пиков. Для колонок, заполненных При увеличении а где /с„, — среднее из факторов удерживания двух пиков. Эта формула, показывающая взаимосвязь удерживания и эффективности, уширения пиков и времени удерживания [см. уравнение (19.3)], называется уравнением разрешения, или уравнением Пурнелла.
Поскольку число теоретических тарелок пропорционально С, разрешение будет также пропорционально Л (только для набивных колонок), т. е. увеличение длины колонки в 2 раза увеличит разрешение в ~Г2, нли в 1,4 раза, а четырехкратное увеличение длины колонки — в 2 раза. Естественно, времена удерживания возрастут прямо пропорционально увеличению длины колонки. В случае асимметричных пиков при расчете коэффициента селектнвности используют время удерживания, которое определяют опусканием перпендикуляра а нз максимума пика. Число теоретических тарелок, необходимое для достижения заданного разрешения пиков, можно рассчитать по следующей формуле: 19.3.
ТЕОРИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИХ КОЛОНОК малыми частицами правильной формы, ширина хроматографическнх зон увеличивается в степени — ' в зависимости от расстояния, пройденного веществом по 2 колонке, в то время как разница между максимумами пиков прямо зависит от пройденного расстояния. Разделение пиков достигается тем, что перемещение хроматографических зон идет быстрее, чем их ушнрение. Как уже было отмечено выше, для повышения разрешения пиков можно увеличить число теоретических тарелок, т.
е. длину колонки, однако это приведет к возрастанию давления в системе. Более эффективно все же оптимизировать условия (например, состав сорбента и подвижной фазы), чтобы увеличить селективность и фактор удерживания. Увеличение времени удерживания приведет к большей продолжительности анализа, поэтому приходится выбирать между продолжительностью процесса и разрешением. Пример 19.3 Для этанола и метанола в капиллярной колонке для газовой хроматографии получили времена удерживания 370 и 385 с и ширину пиков у основания (и ь) 16,0 и 17,0 с соответственно. Пик неудерживаемого компонента выходит за 10,0 с.
Вычислите коэффициент разделения и разрешение пиков. Решение Используя уравнение (19.3), найдем число теоретических тарелок для наиболее удерживаемого компонента М =16~ — ~ = 8,21 10 т. т. (385 Т ~17,0 ~ Тогда из уравнения (19,28) можно определить коэффициент разделения 385 — 10 370 -10 и из уравнения (19.25) — факторы удерживания 370 — 10 36,0 10,0 ь 385 — 10 10,0 А,„, = (36,6+ 37,5)/2 = 36„8 Из уравнения (19.29) находим разрешение 4 ~ 104з,Л,36,8+1,/ 152 ГЛАВА 19. ХРОМАТОГРАФИЯ: ПРИНЦИПЫ И ТЕОРИЯ Тот же результат получается при использовании уравнения (19.27): 385 — 370 — 0 91 (17,0 +16,0)/2 19.4.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
