книга 1 (1110134), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Молекулярная (продольная) диффузия В/и. Размывание полосы за счет молекулярной диффузии обусловлено миграцией молекул главным образом в подвижной фазе из участков полосы с большей концентрацией в направлении, где концентрация меньше, н описывается уравнением (8.17) где у — коэффициент, учитывающий ограничение диффузии наполнителем колонки, его величине меньше 1; Вя — коэффициент диффузии хроматографируемого вещества в подвижной фазе. Эффективность колонки возрастает (Н уменьшается) при заполнении колонки мелкими и близкими по размерам частицами, при использовании подвижных 312 Ьлт и Риа.ЗЛ.
Зависимость высоты, вквиининтной теоретической тарелке, от линейной скарести патаки 1 - тнв-ноеитель ввоп 2 - водород фаз, в которых коэффициенты диффузии низки, при высокой линейной скорости потока. Поскольку коэффициенты диффузии в жидкоетях на несколько порядков меньше, чем в газах, вклад молекулярной диффузии в размывание полосы в жидкостной хроматографии можно не учитывать. Сопротивление лкссонерсиосу Се. Член Сн в уравнении Ван-Деемте— ра учитывает размывание пика за счет сопротивления массопереносу при непрерывном переходе вещества из подвижной фазы в неподвижную н обратно. Таким образом, величина Се характеризует скорость распределения вещества между двумя фазами, что описывается уравнением 8 й' 4 хг(1+ й )гп (8.18) Чем толще пленка неподвижной фазы Нв и меньше коэффициент диффузии вещества в неподвижной фазе д„тем сильнее размывается пик за счет замедления массопереноса в неподвижной фазе.
Посколвку фактор емкости колонки 1а' пропорционален объему яеподвижной фазы, размывание с увеличением объема неподвижной фазы 1'в должно Уменьшаться. Если при этом увеличиввется толщина слоя неподвижной фазы, а влияние Ив преобладает, то размывание увеличивается. Влияние этого фактора неоднозначно.
Итак, из уравнения Ван-Деемтера Н= 2Л 12+ — и+ —, — в е (8.19) 278„8 й' 4 Р „„г (1 + л ')г и 313 Ъ следует, что эффективность хроматографической колонки имеет сложную зависимость от скорости потока подвижяой фазы и выражается гиперболой, минимум которой соответствует оптимальному значению Н, Задача экспериментатора — найти оптимальную скорость потока. На рис.
8.5 приведена зависимость Н от скорости потока. Минимум на кривой объясняется тем, что диффузия вносит основной вклад в величину Н при низких скоростях потока, а при высоких скоростях преобладает влияние массопереноса. Минимум на кривой соответствует оптимальной скорости подвижной фазы, при которой колонка работает наиболее эффективно. Напомним, что чем меньше Н, тем эффективнее колонка. Область под гиперболой можно поделить на три чести, соответствующие трем членам уравнения Ван-Деемтера. Из этого также следует, что для повышения эффективности колонки необходимо уменьшить размер частиц, улучшать упаковку, подбирать оптимальную линейную скорость потока (при которой Н минимальна) и мало- вязкие неподвижные фазы (толщина их должна быть небольшой).
Газожидкостная хроматографическая колонка длиной 2 м имеет эффективность 42 450 тарелок при Р = 15мл/мин н эффективность 2200 тарелок прн Р = 40 мл/мин. Чему равна оптимальная скорость потока и какой приблизительно будет эффективность колонки при этой скорости потока? Уравнение Ван-Деемтера в этом случае можно записать в виде Н= А' + В'/Р+ С'Р и затем с удовлетворительным приближением отбросить член А Н= В'/В+ С'В, Это уравнение днфферекцируют, производную приравнивают к нулю и, решив относительно 1г ~жВ'/3 + С'=О, НН получают Роет = 4 Вг/ьт.
Для нахождения В н С определяют Н1 н Нэ потоков г"1 и гэ Н1 = 200/2450 = 0,0818 см; Нэ = 200/2200 = 0,0909 см и составляют два уравнения с двумя некэвестнымн: 0,0816 = В'/Гб + С'15; 0,0909 = В'/40 + С'40. Отсюда В' = 0,33; С' = 1,7 10 э, а Нсаг —— 0,83/11,7 10 э) = 22,09 мл/мин. 314 гла 8опт = 0,83/22,09 + 1 7.10-в.22 09 = 0,070 см; Фспс = Ч//опт = = 200/0,075 = 2ббб тарелок. 8.4.3. Селективиость и разрешение Коэффициент селективностн является мерой относительного удерживания или относительной подвижности разделяемых веществ: нт и 0' 2 бн1 ~я (8.20) При а = 1 разделение в данных условиях невозможно. Поскольку скорость перемещения зоны данного вещества в колонке обратно пропорциональна коэффициенту распределения, вещества с разными д будут перемещаться вдоль колонки с разными скоростями, что и п иводит к Р 6е их хроматографическому разделению Для рис.э.а.
Зввисимасть степени разделения нужно так подобрать подвиж- рвалеления смеси двух внпеств ную и неподвижнун> фазт ~ чтоб ) 0~ З 1~ эффек н коло и Поскольку к = Ю У/1'и, повысить селекв - высокая селективность, но тивность колонки можно за счет изменения плоквя эффективность; 6 объема неподвижной фазы.
Величину /т ' высокая эффективность, но можно изменять, варьируя д, у„а также плохая селективность; е Уи При малых 0' компоненты, как уже точная селективность указывалось, слабо удерживнкттся колонкой и наблюдается плохое разделение. При больших /т Разделение улучшается, но увеличивается время хроматографирования. Оптимальные значения 0' = 1,5 — 4. разделение двух соседних пиков характеризуется разрешением Мв (Разрешение пиков), которое описываетгя уравнением 310 Хроматографическое разделение основано на селективности сорбеита и различии в термодинамических свойствах хроматографируемых веществ в системе сорбент — элюент.
Для решения вопроса о возможности хроматографического разделения смеси на индивидуальные вещества нужно сопоставить их хроматографические параметры. Для этого используют кеэффаупеигл селектпиеносптп о и раэрспхенте Ю . "1 1 1 1 1 -1 1 1 Ф Уж 16 Я. = 0,23/0,92 = 0,25. 1? — 16(15 05/О 23)г — 68 506 8.5. АППАРАТУРА И ОВРАБОТКА ХРОМАТОП'АММ 8.5.1. Схема хроматографв Хроматографическое разделение осуществляют в приборах — хроматографах, блок-схема хроматографа приведена на рис. 8.8. В современных хроматографах широко применяют микропроцессоры и ЭВ56. Основной узел хроматогрвфа — колонка.
Колонки бывают металлические, стеклянные и пластиковые. Количество вещества, выходящего из колонки, регистрируют с помощью детектора, а самописец записывает на диаграммной ленте сигналы детектора — хроматограмму. Совремещ1ый хроматограф может включать несколько колонок и различные детекторы, а также авгоматическое устройство для подготовки и ввода пробы. Подсоединенный к хроматографу компьютер, имеющий эапоминшощее ус- 31? Для количественного разделения компонентов вполне достаточно, чтобы Юв = 1,5 (бп-разделение). При этом пики разделены практически до нулевой (базовой) линии. Если )(в = 1, то расстояние между пиками 4п (4п-разделение). Этого вполне достаточно для количественного анализа, так как перекрывается только 2% площади ников.
Эффективность хроматографической колонки 1)1 = 4200 тарелок, время удерживания компонентов 1л = 15,05 и 1д = 14,82 мин. Какова степень разрешения этих соединений на колонке? Сколько теоретических тарелок потребуется, чтобы при этом времени удерживания разрешение стало равным единице? Учтем, что для близлежащих пиков м1 = аЗ, ))в = Ыр/и и Ь(й — 0,23 мин. Далее находят ширину пиков у основания: Поэтому ж = — = 4. 15,05ДФОО = 0,92 мии; Юв 41я Если Ь1й = и = 0,23 мин, то )15 = 1, тогда тарелок. Рис.8.8, Блок-схема хромвтогре.- фв.' 1 - система подачи подвижной фвзь~(бввлон с газом, насос длл жидкой подвижной фвзм); г дозатор; 5 - колонке; 4 - детек- тор; 5 - регистратор (свмописец, ивтетрвтор, ЭНМ)1 5 - микго процессор, ЭВМ1 Т - термоств- тируемые эоны тройство и банк хроматографических данных, абеспечинаег аналитика богатой информацией, Быстрое внедрение запоминающих устройств и мощных процессоров в хроматографическую технику дает возможность через несколько лег значитачьно усовершенствовать идентификацию и количественную обработку хроматографических ликов.
Для этого необходима строгая слаженность работы всей хроматографическай схемы: от ввода пробы, правильного заполнения колонки, разумного выбора подвижной фазы и детектора. Кроме того, необходима автоматизация всего храматографическаго процесса, которая устраняет субъективные ошибки, увеличивает скорость обработки результатов. 8.5.2. Общие сведения о детекторах Детектор — прибор непрерывного действия, он должен давать отклик (аналитический сигнал) на все соединения в элюате.
Детекторы подразделяются на селектнвные (или специфические), которые чувствительны к химическим соединениям определенных классов, универсальные, которые регистрируют многие вещества, а также на деструктивные и недеструктивные по отношению к анализируемой пробе. Недеструктивные позволяют собирать и использовать элюат. Основные характеристики детектора: 1) чувствительность, характеризующаяся отношением сигнала детектора к количеству вещества; 2) предел детектирования (обнаружения), за минимально определяемое количество вещества принимают такое количество, которому соответствует удвоенный (иногда утроенный) сигнал шумов детектора (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
