Том 2 (1109662), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Под вихревой диффузией понимается неравномерность движения отдельных потоков жидкости в колонке вследствие неравномерности ее заполнения.Более точная модель зависимости H от й описывается уравнениемЯ = CuVu + - + Csu.(5.19)иКонстанты В, См и Cs характеризуют, соответственно, молекулярную диффузию и сопротивление массопереносу в подвижнойи неподвижной фазах. Вклад отдельных слагаемых в общую величину H более подробно рассмотрен в табл. 5.3 и проиллюстрированна рис.
5.5.Уравнение (5.19), как и уравнение Ван-Деемтера (5.18), описывает кривую с минимумом, соответствующим некоторой оптимальной скорости потока подвижной фазы. Слагаемое с коэффициентомВ характеризует вклад молекулярной диффузии, т.е. диффузии отдельных частиц компонента от максимума его пика в направлениидвижения подвижной фазы и в противоположном направлении. Этоединственное слагаемое, величина которого не зависит от размеров частиц неподвижной фазы. Она пропорциональна коэффициенту диффузии молекул вещества в подвижной фазе и возрастает суменьшением его молярной массы.
В жидкостной хроматографиидля реально используемых там скоростей подвижной фазы это слагаемое обычно пренебрежимо мало.5.1.Таблица 5.3.Основы процессахроматографическогоразделения19Вклад отдельных кинетических факторов в величину размывания пика. Обозначения см. в табл. 5.2 и в примечаниик данной таблице.ФакторМолекулярная диффузияМассоперенос в жидкой неподвижной фазеМассоперенос в твердой неподвижной фазеМассоперенос в подвижной фазеЧлен в выражении (5.19)В _ 2крРПййqk'dfUC5U =(l + k')2Ds2tdk'uCsU =(1 + k')2CMVU=f(d2p,d2c)VuDbко, q — константы, / — некоторая функция.С увеличением линейнойскорости подвижной фазы влияние молекулярной диффузииуменьшается, а эффектов массопереноса — увеличивается.Последнее обстоятельство объясняется тем, что для переноса вещества между фазами и установления межфазного равновесия необходимолинейная скорость подвижной фазы иопределенное время.
Чем вышеРис. 5.5. Вклад членов, характеризу скорость подвижной фазы, темющих диффузию В / и и массопереносбольшее расстояние она пройСмл/й, CsU, в величину ВЭТТ H.дет за это время.Член, описывающий процессы массопереноса в подвижной фазе Смл/й, характеризует конвективную составляющую размыванияпика. Он соответствует члену, описывающему вихревую диффузиюв уравнении Ван-Деемтера.
Его величина обратно пропорциональна коэффициенту диффузии в подвижной фазе и связана с размеромчастиц неподвижной фазы и диаметром колонки, как следует из соответствующей формулы табл. 5.3.Для слагаемого CsU, характеризующего процессы массопереносак неподвижной фазе и от нее, следует рассмотреть два случая: одиндля твердой, другой для иммобилизованной жидкой фазы.Для жидкой неподвижной фазы преобладающим механизмом разделения является распределительный. В этом случае размывание пиков увеличивается с увеличением толщины слоя иммобилизованнойжидкости и уменьшением коэффициентов диффузии в неподвижной20Глава 5. Хроматографические и родственные методыфазе.
Если же неподвижная фаза твердая, то скорость массопереноса определяется скоростью процессов адсорбции и десорбции.В идеале при хроматографическом разделении всегда стремятся достичь высокой эффективности при малой продолжительности анализа. Это оказывается возможным, если зависимость Hот линейной скорости потока выражается достаточно пологой кривой. В этом случае даже значительное увеличение скорости потока(и, тем самым, сокращение продолжительности анализа) не приводит к существенному увеличению ВЭТТ и потере эффективности.Для уменьшения величин ВЭТТ существуют следующие возможности:• уменьшение размера частиц и толщины слоя иммобилизованной жидкой неподвижной фазы;• увеличение однородности размеров частиц неподвижной фазыи упаковки колонки;• уменьшение внутреннего диаметра колонок;• использование неподвижных фаз с высокими коэффициентами диффузии и подвижных фаз с низкими коэффициентамидиффузии.
В газовой хроматографии коэффициенты диффузии в подвижной (газовой) фазе существенно уменьшаются суменьшением температуры.Поскольку коэффициенты диффузии для различных молекул различаются, степень уширения пика зависит от молярной массы вещества. Для малых молекул размывание пиков, как правило, меньше.Фактор разрешения Rs — мера степениразделения хроматографических пиковРанее мы рассмотрели величину коэффициента селективности (уравнение (5.11)) как меру селективности хроматографического разделения двух веществ. Однако коэффициент селективности характеризует только взаимное расположение двух хроматографических пиков (точнее, их максимумов).
В то же время степень разделениязависит также от величины размывания пиков, т. е. эффективностиколонки.Обобщающим параметром, характеризующим степень разделения веществ с учетом как селективности, так и эффективностихроматографического процесса, служит фактор разрешения (сокращенно называемый просто «разрешением») Rs- Для пиков двух5.1. Основы процесса хроматографического разделениявеществ А и В он вычисляется как (см. рис. 5.6)Ai#8 =(гуд + wB)/2/В-/А(5.20)w(последнее равенство — при условии, что U>A ~ WB = го).Формулу (5.20) можно представить и в другом виде, с использованием величин коэффициентов емкости, коэффициента селективности и числа теоретических тарелок. Для этогосначала подставим в выражение (5.20) ширину пика у основания, выраженную через чивремясло теоретических тарелок изРис.
5.6. Хроматограмма смеси веществА и В. Разрешение пиков Rs может бытьрассчитано из данных, приведенных нарисунке, по уравнению (5.20).(5.16):р^_ ^R—-,gR^RПодставимвыражение величины факторов емкости из (5.9):Rs =k'B-k'A VN1 + kLVN^ •в(5.21)полученное(5.22)Наконец, с использованием коэффициента селективности (уравнение (5.11)) получаем следующую формулу расчета хроматографического разрешения:^s\/N(a-\аKr,1 + к'в(5.23)Это соотношение часто используют в упрощенном виде в случаях, когда к'А = к'в = к'. Тогда а й - 1 иSN,^ к'1 + к'(5.24)Из полученных соотношений можно рассчитать число теоретических тарелок, необходимых для обеспечения требуемого разрешения:аN = 16Д§а1+¾кв(5.25)Глава 5. Хроматографические и родственные методыНа основе известной взаимосвязи между величинами Rs, а, к'и JV (или H) можно оптимизировать процесс хроматографическогоразделения.
Многие из упомянутых величин можно варьировать визвестной мере независимо друг от друга. Для изменения значенийа и к' можно изменять температуру (в газовой хроматографии) илиприроду подвижной фазы (в жидкостной). И в том, и в другом методе для этой же цели можно изменить неподвижную фазу. Увеличить число теоретических тарелок можно путем увеличения длиныколонки или уменьшения ВЭТТ H. Последняя величина, в свою очередь, зависит от скорости потока подвижной фазы, размера частицнеподвижной фазы, вязкости фаз и толщины пленки неподвижнойфазы, если она жидкая (см. табл. 5.3).Для пиков одинаковой высоты и симметричной формы достаточным обычно считается разрешение Rs = 1 (называемое также4сг-разрешением).
Легко видеть, что для полного разделения пиков вслучае, если они несимметричны или сильно различаются по высоте,требуется большее разрешение.Качественный хроматографический анализМетоды хроматографии можно использовать как для качественного, так и для количественного анализа, а также для препаративногоразделения. Особенности препаративной хроматографии будут рассмотрены лишь бегло.Информацию о природе вещества несет положение его зоныв случае внутреннего способа регистрации хроматограмм и время удерживания в случае внешней регистрации.
Воспроизводимостьвсех хроматографических характеристик удерживания вещества обычно значительно ниже, чем, например, величин длин волн в спектроскопических методах. Поэтому для надежной идентификации следует применять относительные характеристики удерживания, рассчитываемые с использованием внутреннего стандарта. Еще болеедостоверные результаты можно получить при сочетании хроматографического разделения со спектроскопическим детектированием.Например, в газовой хроматографии широко используются массспектрометрические, а в жидкостной — УФ-детекторы на основедиодной линейки.При выполнении качественного хроматографического анализаследует иметь в виду, что максимальное число хроматографическихпиков, разрешенных до базовой линии, которые можно зарегистрировать при определенных условиях хроматографического процесса,5.1.Основы процессахроматографическогоразделения23ограничено (рис.
5.7). В элюативной хроматографии максимальноечисло разрешенных пиков п можно оценить по следующей формуле:п= 1+N111In-^(5.26)л '1Rгде *R и i^ — времена удерживания первого и последнего компонента, вымываемого из колонки.Если число компонентов, содержащихся в пробе, превышает максимальное число разрешенныхпиков, то наложение двухили более пиков неизбежно. В табл. 5.4 приведены типичные максимальвремя удерживания tRные числа разрешенныхпиков для методов газо Р и с . 5.7. Иллюстрация понятия «максимальноевой, жидкостной и гель- число разрешенных пиков».фильтрационной хроматографии (см. также рис. 5.7).Таблица 5.4.Типичные значения максимального числа разрешенных пиков для различных чисел теоретических тарелок в методахгазовой, жидкостной и гель-хроматографии (согласно Гиддингсу).Число теоретических тарелок JV1004001000250010000Максимальное число пиков пгельгазоваяжидкостная357112111213351101713203161Количественный хроматографический анализВ колоночной хроматографии информацию о количестве веществасодержит высота или площадь пика.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
