Хроматографический метод анализа

Таким образом, число теоретических тарелок N служит мерой эффективности колонки. Кроме того, эффективность колонки определяется высотой Н эквивалентной теоретической тарелке (ВЭТТ). Высота Н представляет собой участок колонки, на котором устанавливается динамическое равновесие в распределении определяемого компонента между неподвижной и подвижной фазами. Чем меньше будет этот участок, тем эффективнее разделение смеси. Число теоретических тарелок расчитывается по формуле:N = где L - длина хроматографической колонки.Из этого соотношения следует, что чем меньше высота Н, тем больше равновесий будет устанавливается в процессе хроматографии при данной длине колонки, и тем выше ее эффективность. Таким образом, теория теоретических тарелок позволяет оценить эффективность хроматографической колонки, однако эта теория не может дать практических рекомендаций, позволяющих избежать размывания хроматографических пиков на кривой элюирования.На эти вопросы отвечает кинетическая теория, предложенная датскими химиками Ван-Деемтером и Клинкенбергом, которая устанавливает связь скорости движения вещества в хроматографической колонке с его концентрацией [4].Влияние скорости газа-носителя U на высоту, эквивалентную теоретической тарелке, показано на рисунке 7, на котором представлено уравнение Ван-Деемтера в геометрическом виде. Рисунок 7 - Графическое представление уравнения ВанДеемтераВ упрощенной форме это уравнение имеет вид:Н = А + + C•UПостоянная А, которая называется вихредиффузионным членом, учитывает неравномерность движения потока подвижной фазы. Вихредиффузионный член А описывает зависимость высоты тарелки от неоднородностей потока через пористую структуру набивки колонки. В соответствии с уравнением Ван-Деемтера вклад фактора вихревой диффузии наибольший, понизить этот фактор можно заполнением колонки сорбентом с одинаковыми по форме зернами.Второй член уравнения Ван-Деемтера, В/U, учитывает расширение полосы, вызванное продольной диффузией молекул растворенного вещества в газовой фазе во время пребывания их в колонке. Третий член уравнения, С⋅U, является наиболее существенным фактором при определении эффективности колонки в практических условиях. Он выражает сопротивление массопереносу в колонке, которое препятствует мгновенному установлению равновесия молекул растворенного вещества между подвижной и неподвижной фазами. Коэффициенты А, В и С являются постоянными для данной хроматографической системы. Рисунок 7, часто называемый ВЭТТ−U кривой, которая показывает взаимодействие различных параметров, определяющих высоту тарелки в зависимости от скорости газа-носителя. Гипербола имеет минимальное значение Hmin, при котором колонка имеет максимальную эффективность. Она достигается при оптимальной скорости Uopt. Однако, на практике часто работают со скоростями, превышающими Uopt,с цельюполучить более быстрое разделение. Уравнения Ван-Деемтера позволяет определить условия, которые могут свести к минимуму размывание зон и, следовательно, позволяют достичь максимального разрешения.Выводы из уравнения Ван-Деемтера:Однородная набивка колонки и использование частиц сорбента с малыми размерами позволяют уменьшить вихревую диффузию.Применение тонкого слоя неподвижной фазы, чтобы уменьшить расстояние, которое необходимо пройти молекулам вещества в неподвижной фазе перед тем, как они достигнут поверхности и перейдут в подвижную фазу.Из уравнения Ван-Деемтера вытекает ряд противоречащих друг другу требований. В соответствии с физическим смыслом второго члена уравнения Ван-Деемтера следует использовать высокую скорость подвижной фазы. В соответствии с физическим смыслом третьего члена уравнения Ван-Деемтера, который характеризуюет массоперенос, для повышения эффективности необходимо уменьшить скорость потока подвижной фазы. Таким образом, для предотвращения продольной диффузии необходима высокая скорость подвижной фазы, а это в свою очередь ухудшает протекание процессов массообмена.Для уменьшения величины высоты, эквивалентной теоретической тарелке, и соответственно повышения эффективности процесса на практике подбирают оптимальные условия. Размер частиц сорбента выбирают таким, чтобы скорость подвижной фазы удовлетворяла условиям разделения. В конкретной хроматографической системе высоту Н можно изменять, только изменяя скорость движения подвижной фазы. На графике зависимости Н от скорости потока наблюдается точка минимума (рисунок 7). Это связано с тем, что диффузия вносит преобладающий вклад в величину Н при низких скоростях потока, влияние массопереноса начинается на более высоких скоростях потока. Уширение полосы пика может происходить и вне колонки: например, при неудачном вводе пробы и в соединительных линиях между колонками и детектором. Необходимо свести к минимуму длину и диаметр таких соединительных линий [3].Теория тарелок описывает распределение одного растворенного вещества в системе, селективность является мерой взаимного распределения двух или более определяемых веществ в ходе хроматографического процесса. Хроматографическое разделение основывается на селективности сорбента и различиях в термодинамических свойствах анализируемых веществ по отношению к хроматографической системе. Таким образом, селективность является мерой относительного удерживания или относительной подвижности двух веществ.Удерживание вещества, характеризуемое временем удерживания, или подвижностью, пропорционально величине соответствующего коэффициента распределения. Коэффициент распределения зависит от физико-химических свойств определяемого вещества, неподвижной и подвижной фаз. Таким образом, для того чтобы разделение стало возможным, достаточно подобрать подвижную и неподвижную фазы, обеспечивающие по крайней мере незначительную разницу в коэффициентах распределения. Основным требованием к хроматографической системе является различие коэффициентов распределения разделяемых веществ: К1 ≠ К2 Кроме того, селективность зависит от относительных количеств подвижной и неподвижной фаз. Коэффициент равновесного распределения определяется как отношение концентраций вещества в подвижной (Сs) и неподвижной (Сm) фазах: К = При постоянном значении К изменение количества одной из фаз, чаще подвижной, влечет за собой соответствующее изменение в распределении определяемого вещества.Для пары веществ селективность можно определить как расстояние между центрами зон на хроматограмме, которому соответствует разность в объемах удерживания ∆V:∆V = V2 – V1 = (Vm + K2⋅Vs) – (Vm + K1⋅Vs) = ∆K⋅Vsгде ∆V − селективность; Vs − общий объем неподвижной жидкой фазы; Vm − общий объем подвижной фазы системы, также называемый свободным или мертвым объемом.Селективность пропорциональна разнице в коэффициентах распределения и количеству неподвижной фазы. Если хроматографические фазы уже выбраны, ∆K при определенной температуре является фиксированной величиной, то улучшать разделение центров зон можно только при изменении величину Vs. Объем неподвижной фазы можно изменять, варьируя размеры хроматографической системы, например ее длину, а также увеличивая количество неподвижной фазы на единицу объема [3]. ЗаключениеХроматографический метод анализа широко применяется в химической, аналитической и научно-исследовательской деятельности. Хроматографические методы анализа совершенствуются и модифицируются. Развиваются новые технологии, которые позволяют определить различные смеси. Это позволяет повысить качество производимой продукции в различных отраслях промышленности, минимизировать риски для окружающей среды.Чтобы процесс хроматографии был эффективным необходимо соблюдение следующих требований: Простота подготовки к анализу и ведение пробы,Быстрота получения результатов и легкая расшифровка хроматографических графиков.Высокая точность анализа.Уменьшение погрешностей, возникающих из‑за физико‑химических свойств используемых подвижных и неподвижных фаз.Минимализация затрат на оборудование и его эксплуатацию.Возможность анализа сырья или продукции без остановки основного технологического процесса.Широкий спектр соединений, включая летучие углеводороды и другие сложные для обнаружения вещества, которые возможно определить хроматографическими методами.Легкость и быстрота обучения персонала методам работы с оборудованием.Библиографический список1 Платонов, И.А. Хроматографические методы анализа: учебное пособие / И.А. Платонов, Е.А. Новикова, В.И. Платонов. – Самара: Издательство Самарского университета, 2021. – 96 с.2 Киселев, А.В. Межмолекулярные взаимодействия в адсорбции и хроматографии: учебное пособие для хим. Биолог. и химичико-технолог. специальностей / А.В. Киселев - Москва: Высшая школа, 1986. - 360 с.3 Царев, Н.И. Практическая гахзовая хроматография: уебное пособие / Н.И. Царев, В.И. Царев, И.Б. Катраков. - Барнаул: Издательство Алтайского университета, 2000. - 156 с.4 Пругло, Г.Ф. Хроматографические методы анализа: учебное пособие / Г.Ф. Пругло, О.В.Федерова, Р.А. Смит. - Санкт-Петербург: ВШТЭ СПбГУПТД, 2017. - 85с.5 Илларионова, Е.А. Газовая хроматография. Теоретические основы метода: учебное пособие / Е.В. Илларионова, И.П. Сыроватский. – Иркутск :ИГМУ, 2018. – 52 с