Хроматографические параметры. 
Изучение молекулярно-массового распределения гуминовых веществ бурых углей методом эксклюзионной хроматографии

На рис. 1.3 представлена идеализированная хроматограмма смеси двух веществ. Рассмотрим основные хроматографические параметры, характеризующие поведение вещества в колонке.

Рис. 1.3 Хроматограмма смеси двух веществ

Время от момента ввода анализируемой пробы до регистрации максимума пика называют временем удерживания (элюирования) tR. Время удерживания складывается из двух составляющих — времени пребывания вещества в подвижной tm и неподвижной ts фазах: tR = tm + tS (1).

Значение tm фактически равно времени прохождения через колонку не-сорбируемого компонента. Значение tR не зависит от количества пробы, но зависит от природы вещества и сорбента, а также упаковки сорбента и может меняться от колонки к колонке. Поэтому для характеристики истинной удерживающей способности следует ввести исправленное время удерживания tR.

tR = tR — t0 (2).

Для характеристики удерживания часто используют понятие удерживаемого объема VR — объем подвижной фазы, который нужно пропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещество:

VR= tRF (3),.

где F — объемная скорость потока, см3с-1.

Объем для вымывания несорбируемого компонента, мертвый объем, выражается через tm: Vm=tmF и включает в себя объем колонки, не занятый сорбентом, объем коммуникаций от устройства ввода пробы до колонки и от колонки до детектора. Исправленный удерживаемый объем соответственно равен:

(4).

При постоянных условиях хроматографирования (скорость потока, давление, температура, состав фаз) значения VR и tR строго воспроизводимы и могут быть использованы для идентификации веществ. Полезным параметром в хроматографии может быть коэффициент удерживания (замедления) R — отношение скорости движения вещества к скорости движения подвижной фазы:

где L — длина колонки. Величина R показывает, какую долю времени вещество находится в подвижной фазе. Учитывая (1), получаем:

(6).

Для неудерживаемого вещества tR=tm и R = 1. Если время пребывания в подвижной и неподвижной фазах одинаково (tm — ts), то R = 0,5. Очевидно, что R можно выразить через VR:

(7).

Любой процесс распределения вещества между двумя фазами характеризуют коэффициентом распределения D. В данном случае D = cs/cm, где ст и cs — концентрации вещества в подвижной и неподвижной фазах соответственно. Коэффициент распределения связан с хроматографическими параметрами. Действительно, отношение времени пребывания вещества в неподвижной и подвижной фазах равно отношению количеств вещества в фазах c V:

(8).

Учитывая соотношение (5), получаем:

(9).

С другой стороны, из выражения (6) следует.

VR= Vm+DVS (10).

Произведениеназывают коэффициентом ёмкости и обозначают k', из экспирементальных данный его вычисляют по формуле:

или (11).

Эта величина показывает, во сколько раз вещество дольше находится в неподвижной фазе, чем в подвижной; оптимальные значения к' лежат в пределах 1,5—4. Если коэффициент распределения мал, то мало значение к', т. е. вещество слабо удерживается и продвигается по колонке практически с той же скоростью, что и подвижная фаза. Если же коэффициент емкости слишком велик, то время пребывания вещества в колонке будет большим и на анализ потребуется много времени. Видно, что исправленный удерживаемый объем связан с D простым соотношением:

(12).

Выражения (9) и (12) —основные уравнения хроматографии, показывающие, что V’K пропорционален величине D и объему неподвижной фазы колонки Vs. Величина Vs зависит от количества неподвижной фазы, нанесенной на единицу объема или массы сорбента, от длины и диаметра колонки. Сравнительно большие различия в значениях VR для двух веществ, А и В свидетельствуют о полном их разделении. [4].

Теория теоретических тарелок, общая для всех многостадийных процессов, впервые была предложена для описания процесса дистилляции, Мартин и Синдж распространили ее на хроматографические системы. Теория основана на некоторых допущениях: 1) колонка состоит из определенного числа теоретических тарелок; 2) равновесие устанавливается мгновенно; 3) вводимая проба должна быть малой, а изотерма — линейной; 4) все протекающие в колонке процессы рассматриваются как взаимно независимые. Теоретическая тарелка — это гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равновесия между двумя фазами. Чем больше теоретических тарелок в колонке, т. е. чем большее число раз устанавливается равновесие, тем эффективнее колонка. Эффективность колонки — это характеристика качества колонки, определяемая числом теоретических тарелок и высотой теоретической тарелки. Так как хроматографический процесс непрерывен и неравновесен, то представление о теоретической тарелке в хроматографии имеет умозрительный, формальный характер. Эта теория дает математическую модель продвижения полосы компонента через колонку, из которой следует, что элюированная полоса имеет форму и ширину нормального распределения Гаусса:

(13).

Поскольку ширина гауссовой кривой определяется стандартным отклонением у. Величину у можно оценить, проведя касательные к тылу и фронту хроматограммы до пересечения с нулевой (базовой) линией. Ширину пика можно измерять на любой высоте, так как соотношение между шириной и высотой пика для гауссовой кривой известно.

Количественной мерой эффективности хроматографической колонки служат высота Н, эквивалентная теоретической тарелке (ВЭТТ), и число теоретических тарелок N. Число теоретических тарелок легко рассчитать непосредственно из хроматограммы, сравнивая ширину пика w и время пребывания tR компонента в колонке:

(13) или (14).

Определив N и зная длину колонки, легко вычислить H:

(15), где L — длина колонки, см.

В случае высокоэффективной колонки размывание полос небольшое, пики узкие, величина З составляет 0,3—1 мм. В идеальном случае З приближается к диаметру dp зерна сорбента. Чтобы сравнить эффективность двух колонок, следует использовать приведенную высоту тарелки:

h=H/dp (16).

Теория теоретических тарелок дает возможность сравнить эффективность различных колонок, оценить качество сорбента и заполнения колонки. [1].