Теоретические основы хроматографии

Известно несколько теорий хроматографического процесса. Существенное значение имеют метод теоретических тарелок (классическая теория) и кинетическая теория.

Теория теоретических тарелок (введена Мартином и Сингом Нобелевские лауреаты 1952 г.) основана на допущениях:

1) колонка состоит из определенного числа теоретических тарелок;

2) на каждой тарелке мгновенно достигается равновесие (равновесное отношение доли сорбированного вещества к доле, оставшейся в подвижной фазе), причем до того, как подвижная фаза переместится на следующую тарелку;

3) вводимая проба должна быть малой и обеспечивать линейную изотерму сорбции;

4)все протекающие в колонке процессы рассматриваются как взаимозависимые.

Теоретическая тарелка – это гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равновесия между двумя фазами. Чем больше теоретических тарелок в колонке, чем большее число раз устанавливается равновесие, тем эффективнее колонка.

Количественной мерой эффективности кол онки служат в ы сота Н, эквивалентная теоретической тарелке, (ВЭТТ), и число теоретических тарелок N.

Число теоретических тарелок легко рассчитать непосредственно из хроматограммы, сравнивая ширину пика и время пребывания компонента в колонке.

Ширину пика в этом случае измеряют в основании пика. Но это неудобно, так как нужно проводить касательные точно к сторонам пика Поэтому на практике наибольшее применение нашла следующая формула:

Где ω_0,5 – ширина пика на половине высоты.

Высота,эквивалентная теоретической тарелке Н измеряется в мм и определяется по формуле

Эффективность колонки тем выше, чем меньше высота, эквивалентная теоретической тарелке, и больше число теоретических тарелок.

Значения ВЭТТ и числа тарелок сохраняют свое значение и в кинетической теории хроматографии, учитывающей скорость миграции вещества, диффузию и другие факторы.

ВЭТТ, связана со скоростью потока уравнением Ван-Деемтера:

где А, В, С –константы; U – скорость подвижной фазы.

Константа A связана с действием вихревой диффузии, которая зависит от размера частиц и плотности заполнения колонки.

Величина В связана с коэффициентом диффузии молекул в подвижной фазе, это слагаемое учитывает действие продольной диффузии.

Величина С характеризует кинетику процесса сорбция-десорбция, массопередачу и другие эффекты.

Влияние каждого слагаемого уравнения на величину Н в зависимости от скорости подвижной фазы показано на рисунке:

-первое слагаемое дает постоянный вклад в Н;

-вклад второго слагаемого существен при небольшой скорости потока;

-с увеличением скорости подвижной фазы влияние третьего слагаемого возрастает, а доля второго уменьшается.

Суммарная кривая, характеризующая зависимость Н от скорости потока, представляет собой гиперболу.

		Поскольку эффективность колонки тем выше, чем меньше высота, эквивалентная теоретической тарелке, оптимальная скорость подвижной фазы будет равна скорости, соответствующей точке минимума этой кривой.

U

Зависимость ВЭТТ от скорости подвижной фазы.

Динамическая теория дает основу для оптимизации хроматографического процесса.

Дата добавления: 2014-01-05