ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Хроматография из "Оптимизация селективности в хроматографии" В этой главе будут изложены общие представления о хроматографии, причем в том объеме, который уместен в рамках данной книги, а также вкратце рассмотрены собственно хроматографическая система и основные принципы хроматографического разделения. [c.8] Количественной характеристикой степени разделения может служить достигнутое разрещение двух соседних хроматографических пиков, которое в свою очередь можно выразить через три основные характеристики разделения удерживание, селективность и эффективность. Ниже мы обсудим влияние каждой из них на разрещение. [c.8] Разделение, достигаемое вследствие различий в размерах молекул образца (например, зксклюзионная хроматография), нами не рассматривается, поскольку такое разделение неселективно и соответственно понятие оптимизации селективности теряет смысл. [c.8] КО В зависимости от применяемого метода одинаковые по назначению блоки имеют различное устройство. Особенно велики различия между газовым и жидкостным хроматографами (см. разд. 2.1). В газовой хроматографии система подачи подвижной фазы включает баллон с газом, редуктор и устройство для контроля потока в жидкостной хроматографии для подачи подвижной фазы служит насос высокого давления. [c.9] Вопросы аппаратурного оформления процесса хроматографического разделения здесь также не обсуждаются, за исключением тех случаев, когда оптимизация селективности разделения зависит от используемого оборудования (см., например, разд. 5.6 и 7.4). Основная часть книги посвящена собственно процессу разделения (средний блок на рис. 1.1). [c.9] Хроматограф представляет собой набор устройств, выполняющих вспомогательные функции по отношению к хроматографической колонке, в которой собственно и происходит разделение веществ. В колонке соприкасаются две хроматографические фазы неподвижная, находящаяся в колонке, и подвижная, проходящая через колонку. Разделение достигается в результате различий в распределении компонентов образца между этими фазами. Компонент, имеющий столь высокое сродство к неподвижной фазе, что все его молекулы, находятся только в ней, остается в колонке неограниченно долго. Компонент, вообще не проникающий в неподвижную фазу, перемещается по колонке с той же скоростью, что и подвижная фаза, т. е. является неудерживаемым компонентом. [c.9] Если колонка упакована пористыми частицами, то принято считать, что неудерживаемый компонент должен пройти путь, отвечающий полному объему колонки, занятому подвижной фазой, находящейся как между частицами, так и в порах. Не проникающие в поры компоненты называют (полностью) исключаемыми . В ходе дальнейших рассуждений мы будем исходить из предположения, что среди компонентов образца отсутствуют такие, которые бы полностью или частично исключались из пор. [c.9] По определению коэффициент емкости А,- компонента i представляет собой отношение количеств этого компонента в неподвижной и подвижной фазах, т. е. [c.10] Как видно из уравнения (1.7), коэффициент емкости к можно легко определить на основании данных хроматограммы (рис. [c.11] Уравнение (1.10) связывает удерживание в хроматографии (к) с термодинамическим параметром (/Сс). Так называемое фазовое отношение является характеристикой колонки . [c.12] Если неподвижная фаза является твердой, то более употребим термин )ма адсорбции . [c.12] Уравнение (1.12) весыма полезно для хроматографистов-прак-тиков, поскольку позволяет выразить селективность а непосредственно через коэффициенты емкости. Ниже мы будем наиболее часто использовать именно это уравнение. Уравнение (1.13) связывает селективность с коэффициентом распределения. Поскольку фазовое отношение в это уравнение не входит, ясно, что селективность хроматографической системы определяется только термодинамическими факторами. [c.13] На относительное удерживание влияют лишь те факторы, от которых зависит коэффициент распределения, т. е. природа растворенного вещества, а также подвижной и неподвижной фаз (которые вместе составляют систему фаз), температура и давление. Влияние давления на величины а и k обычно незначительно. Лишь в отдельных частных случаях (например, в сверхкри-тической флюидной хроматографии см. разд. 3.4) имеет смысл говорить о зависимости а и k от давления. [c.13] Диаметр колонки. При использовании полых колонок фазовое отношение меняется с изменением диаметра колонки (при условии, что толщина пленки остается постоянной). Площадь сечения колонки и, следовательно, объем подвижной фазы пропорциональны квадрату диаметра, в то время как площадь внутренней поверхности колонки пропорциональна ее диаметру в первой степени. Следовательно, фазовое отношение обратно пропорционально диаметру колонки. [c.14] Площадь поверхности. Фазовое отношение непосредственно зависит от площади поверхности неподвижной фазы. Используют ли твердый материал в качестве неподвижной фазы в упакованных колонках или жидкую фазу, нанесенную на твердый адсорбент в виде пленки постоянной толщины, применяют ли химически привитые фазы — в любом случае фазовое отношение (через Ув) прямо пропорционально доступной площади поверхности. Площадь поверхности адсорбента обычно относят к единице массы (т. е. удельная площадь поверхности измеряется в м-/г). Необходимо отметить, что для упакованных колонок соответствующее значение — это площадь поверхности адсорбента, отнесенная к единице объема (м /мл). [c.14] Пористость колонки. Пористость — это та часть объема колонки, которая остается доступной подвижной фазе после упаковки колонки. Она определяется суммой двух величин, одна из которых представляет собой отношение объема не занятого сорбентом пространства к общему объему колонки. В случае одинаковых по размеру сферических частиц это отношение составляет примерно 40%. Вторая величина обусловлена высокой пористостью сорбентов, имеющих большую удельную площадь поверхности. Это доступное подвижной фазе пространство внутри частиц обычно составляет 20—30% объема колонки. [c.14] Талызина пленки жидкой неподвижной фазы. Вполне понятно, что при постоянных значениях всех прочих факторов линейно возрастает с увеличением толщины пленки (это справедливо также для фазового отношения Vs Vm, если Уз С т). Твердые адсорбенты не подчиняются указанной зависимости. Для химически привитых фаз толщина слоя (хмонослоя) является не столь определенной величиной, как толщина пленки жидкости, имеющей некий известный объем, и описать изменение толщины слоя химически привитой фазы так же однозначно, как изменение толщины пленки жидкости, не представляется возможным. [c.14] В общем случае эффективный объем неподвижной фазы (Уз) можно увеличить предсказуемым образом путем увеличения площади поверхности сорбента, однако применительно к толщине пленки аналогичное утверждение справедливо лищь для жидкостей. [c.15] Способов изменения коэффициента емкости существует достаточно много, и рассмотренные выще параметры выбраны нами главным образом потому, что их влияние на коэффициенты емкости предсказуемо (см. разд. 4.2.3) и в определенной степени обычно. В связи с этим следует заметить, что некоторые хроматографические параметры вообще не влияют на коэффициент емкости и, следовательно, на селективность. К их числу относятся длина колонки, скорость потока и диаметр упакованных колонок. Таким образом, эти параметры не имеют отиоще-ния к процессу оптимизации селективности. Однако иногда перечисленными параметрами можно оперировать в ходе оптимизации селективности, рассматривая их в связи с другими параметрами, действительно влияющими на селективность. Так, снижение температуры в газовой хроматографии может приводить к повыщению селективности, но, чтобы при этом не возросла длительность анализа, приходится увеличивать скорость потока. Тем не менее в больщинстве случаев имеет смысл рассматривать те параметры, которые не влияют на селективность, отдельно, после завершения процесса оптимизации. Некоторые соображения о выборе значений этих параметров приведены в конце книги (гл. 7). [c.15] Вернуться к основной статье