Разделительная способность хроматографической колонки. Критерии разделения

Для полной характеристики хроматографической колонки необходимо знание того, насколько избирательно действие выбранного адсорбента по отношению к компонентам разделяемой смеси, т.е. необходимо знание селективности адсорбента. Селективность адсорбента связана с различием его адсорбционной способности по отношению к компонентам анализируемой смеси. Следовательно, селективность зависит от природы и структуры, как адсорбента, так и сорбата. Разделительная способность хроматографической колонки определяется как её эффективностью, так и селективностью.

Для количественной оценки полноты разделения смеси двух компонентов целесообразно ввести определенный параметр, который может быть назван критерием разделения. Он должен учитывать действие на полноту разделения как эффективности, так и селективности колонки. В основу критерия разделения можно положить элюционные характеристики, определяемые по хромато-грамме. Так, в основу критерия разделения К _разд. можно положить отношение расстояния между высотами двух хроматографических пиков к сумме ширины этих пиков.

Значение К _разд. зависит от метода измерения ширины пика. Чаще всего ширину пика измеряют на половине его высоты.

Эффективность колонки - характеристика качества колонки, определяемая числом теоретических тарелок и высотой теоретической тарелки. Эффективность колонки тем выше, чем уже ширина пика при том же времени удерживания. Эффективность колонки измеряется числом теоретических тарелок (N). Чем выше эффективность, тем больше величина N, тем меньше расширение первоначально узкой концентрационной зоны по мере прохождения её через колонку, а значит, уже пик на выходе из колонки.

Число теоретических тарелок (N) - величина, характеризующая качество колонки и рассчитываемая по параметрам удерживания выбранного вещества по формуле:

N = 16 ^. (t_R/W_b) ^. 2 = 5,545 ^. (t_R/W_h) ^. 2 (14),

где  t_R - время удерживания пика;

  W_b - ширина пика на его полувысоте;

  W_h - ширина пика у основания.

Высота, эквивалентная теоретической тарелке (H) - величина, характеризующая качество колонки и рассчитываемая как отношение длины колонки (L, см) к числу теоретических тарелок:

H = L/N.

Приведённое число теоретических тарелок (N') - отношение числа реально полученных теоретических тарелок на колонке данной длины к условной колонке длиной 1 м: N =100 ^. N/L.

Приведённая высота (H'), эквивалентная теоретической тарелке:           H ' =H/d (15),

где d - средний (эффективный) диаметр частиц сорбента (мкм).

Она также является характеристикой эффективности колонки.

Вполне удовлетворительным принято считать колонки со значением H равным 3-3,5d. Очень хорошими считаются колонки с Н равным 2d.

Фактор удерживания (коэффициент ёмкости) (k') - один из основополагающих параметров удерживания в жидкостной хроматографии, безразмерная величина, характеризующая удерживание вещества и равная отношению абсолютного объёма удерживания к свободному объёму колонки: k' = V ^. N/V ^. O, a также отношению приведённого времени удерживания к мертвому времени: k'=t_R/t_M.

Селективность (относительное удерживание - α_R/cm, фактор разделения - α) хроматографической системы - избирательность, способность к специфическим взаимодействиям подвижной и неподвижной фазы с молекулами сорбата, обладающими определенными структурными признаками, приводящая к разной скорости перемещения концентрационных зон индивидуальных компонентов. Количественно селективность выражается как безразмерная величина, равная отношению приведённого объёма (времени) удерживания определённого вещества, взятого для сравнения (стандарта) и хроматографируемого в идентичных условиях α_R/cm = kR/kcm = t_R'/tcm' = V_R'/Vcm' величина, которая пропорциональна отношению приведённых времён удерживания двух пиков α ~ (t_R2- t_M) / (t_R1- t_M) безразмерная величина, характеризующая разделительную способность колонки по отношению к веществам А и Б и численно равная отношению факторов удерживания или приведённых времён (объёмов) удерживания αA/Б = kА'/kБ' = tА'/tБ' = VА'/VБ'.

Селективность колонки зависит от многих факторов, варьируя которые можно подобрать оптимальные условия хроматографии интересующей экспериментатора смеси компонентов. Исходя из химической природы разделяемых компонентов, хроматографист должен выбрать подходящий состав растворителя (подвижную фазу) и соответствующий по химической природе сорбент. Определенное влияние на селективность имеют и такие термодинамические факторы, как температура и давление в колонке, изменяющие коэффициенты распределения веществ между подвижной и неподвижной фазами.

Детектирование

Распределение концентрации на выходе из хроматографической колонки необходимо зафиксировать. Для этой цели в газовой хроматографии служат специальные устройства, называемые детекторами. Детектор помещается на пути потока газа непосредственно по выходе из колонки. Результаты записи, а следовательно, и результаты всего опыта в значительной степени зависят от правильного выбора типа детектора, его конструкции. Принятая классификация детекторов позволяет правильно установить возможности и назначение каждого из них. Применяют детекторы двух типов: дифференциальные и интегральные.

В соответствии с природой детектора и механизмом возникновения сигнала различают химические, физические, физико-химические, биологические и т.д. детекторы (табл. 3.).

Качественный анализ

Функция колонки в газовой хроматографии сводится лишь к разделению смеси на индивидуальные компоненты. Определение их качественного состава может быть выполнено за пределами колонки. Существует два способа качественного анализа разделённой в хроматографической колонке смеси: по характеристикам удерживания и с использованием других аналитических приемов.

 

Таблица 3