Размывание хроматографических зон

Установлено, что размывание полосы на хроматограмме (рис. 3) обусловлено тремя основными причинами:

- вихревой диффузией;

- молекулярной диффузией;

- сопротивлением массопередаче.

Рис. 3 Размывание хроматографической полосы (три момента времени)

Вихревая диффузия является следствием беспорядочного изменения линейной скорости около среднего значения. Одни молекулы движутся быстрее, передвигаясь по свободным каналам между частицами наполнителя, другие — медленнее, проникая в замкнутые каналы.

Различают пять факторов, обучловливающих вихревую диффузию (по Гиддингсу):

1. канальный эффект (наибольшая скорость по оси каналов, наименьшая вдоль стенок каналов);

2. «межчастичный» эффекь;

3. эффект смежных каналов;

4. эффект отдаленных каналов;

5. колоночный эффект.

Вклад в ВЭТТ за счет разности в скоростях перемещения молекул по колонке (H_p) будет составлять

(1.4)

где d_p — диаметр частиц наполнителя (зерен носителя); l — константа (примерно равная 1), величина которой зависит от равномерности набивки колонки.

Молекулярная диффузия (продольная диффузия) дает следующий вклад в ВЭТТ (H_d):

(1.5)

где t — поправка на извилистость, учитывает ограничение диффузии наполнителем колонки; D_m — коэффициент диффузии анализируемого вещества в подвижной фазе; v — линейная скорость потока.

Таким образом, вклад в ВЭТТ за счет продольной диффузии возрастает с увеличением времени пребывания анализируемого вещества в колонке.

Массопередача и кинетика сорбции-десорбции:молекула постоянно переходит из подвижной фазы в неподвижную и обратно. Если молекула сорбируется, то она отстает от центра хроматографической полосы, движущегося по колонке. При десорбции молекула переходит в подвижную фазу и продвигается по колонке быстрее, цем центр полосы. Беспорядочное движение приводит к размыванию полосы.

Скорость массопередачи зависит от явлений, происходящих как в неподвижной, так и в подвижной фазах.

Вклад в ВЭТТ процессов, происходящих в неподвижной фазе (H_s) равен

(1.6)

где q — пространственный фактор, зависящий от формы резервуара с неподвижной фазой; r — константа, зависящая от относительной скорости перемещения анализируемого вещества и подвижной фазы; d — толщина слоя неподвижной фазы; D_s — коэффициент диффузии анализируемого вещества в неподвижной фазе; v — линейная скорость потока.

Вклад в ВЭТТ процессов, происходящих в подвижной фазе (H_m) равен

(1.7)

где w — коэффициент колонки, зависящий от структуры наполнителя, диаметра колонки и ее формы; d_p — диаметр частиц; D_m — коэффициент диффузии в подвижной фазе; v — линейная скорость потока.

Таким образом, полное значение ВЭТТ равно

(1.8)

или

(1.9)

Полученная зависимость ВЭТТ от скорости элюции представлена на рис. 4.

Из полученной зависимости ВЭТТ от v (рис. 4) видно, что кривая имеет минимум, соответствующий оптимальной скорости элюции, при которой обеспечивается наименьшее размытие хроматографической полосы, т. е. максимальная эффективность процесса хроматографии при прочих равных условиях.