 |
Основные уравнения в газовой хроматографии
|
|
|
|
Коэффициент распределения — отношение концентраций исследуемого соединения в неподвижной и подвижной фазах в равновесных условиях:
.
Фазовое отношение — это отношение объемов подвижной и неподвижной фаз в колонке:
.
Фактор удерживания (фактор емкости) — это отношение приведенных времен удерживания к мертвому времени:
.
Фактор разделения — величина, характеризующая селективность разделительной системы, равная отношению факторов удерживания или приведенных времен удерживания двух соседних пиков на хроматограмме:
.
Эффективность колонки — характеристика степени размывания полос в колонке, характеризуется числом теоретических тарелок N или H.
,
где W0,5 — ширина пика на половине высоты.
,
где L — длина колонки; N — безразмерная величина; Н имеет размерность длины обычно в мм.
Разрешение Rs — это отношение расстояния между максимумами исследуемых соседних пиков к сумме их полуширин, выраженных в одних и тех же единицах измерения:
.
Связь степени разрешения с фактором разделения a, фактором удерживания k и эффективностью N:
.
Число тарелок, необходимое для полного разделения при Rs = 1:
,
при k > 10 это уравнение можно упростить:
.
Определение различий свободных энергий сорбции двух соседних компонентов:
.
Связь удерживаемого объема с температурой колонки
.
График зависимости lgVR от обратной температуры (1/Т) — прямая линия, тангенс угла наклона которой равен:
; 
т.о., из наклона прямой температурной зависимости удерживаемого объема можно определить теплоту сорбции.
Влияние экспериментальных параметров на хроматографическое разделение (на величины a, R и N)
|
|
|
Влияние природы сорбента. Природа сорбента играет решающую роль в разделении компонентов. Разделение происходит за счет различий межмолекулярных взаимодействий разделяемых молекул с сорбентом. Селективность разделения определяется природой сорбента. В большинстве случаев селективность разделения (величина a) уменьшается с повышением температуры.
Длина колонки. Степень разделения пропорциональна квадратному корню от длины колонки. Эффективность прямо пропорциональна длине колонки.
Сечение колонки. С уменьшением сечения колонки (диаметра) возрастает эффективность и степень разрешения колонки.
Размер зерен сорбента. Размывание хроматографических полос, эффективность в значительной степени зависят от размера зерен сорбента. Вихревая диффузия и внешний массообмен сильно зависят от диаметра зерен сорбента.
Толщина жидкой пленки на носителе. С увеличением толщины пленки жидкой фазы (в случае газо-жидкостной хроматографии) увеличиваются времена удерживания, затрудняется внутренний массообмен и уменьшается эффективность
,
где Vd — мертвый объем, K — коэффициент распределения, Vж — объем жидкой фазы.
Природа газа-носителя. В газовой хроматографии при небольших давлениях инертные газы-носители практически не адсорбируются, особенно в газо-жидкостной хроматографии. Поэтому природа газа-носителя практически не влияет на селективность разделения, за исключением некоторых случаев в газо-адсорбционной хроматографии при разделении газов на активных тонкопористых адсорбентах. Природа газа-носителя влияет на эффективность колонок особенно при высоких скоростях. Сопротивление колонки, перепад давления в ней определяется вязкостью газа-носителя.
Давление газа-носителя. В большинстве случаев на входе в колонку используют избыточное давление в пределах от 0,1 до 2 атм (в очень редких случаях выше). Изменение давления в этих пределах практически не влияет ни на селективность, ни на эффективность разделения. В ряде работ применялись пониженные давления на выходе из колонки, т.е. вакуумная хроматография для разделения малолетучих высококипящих соединений. Описаны варианты газовой хроматографии при повышенных давлениях. При повышении давления возрастает сорбция газа-носителя и уменьшается сорбция разделяемых соединений, особенно если в качестве подвижной фазы используются пары жидкостей, в частности воды. Парофазная хроматография расширяет аналитические возможности газовой хроматографии.
|
|
|
Размер пробы. Размер введенной пробы анализируемой смеси должен быть таким, чтобы не вызывать перегрузку колонки. При введении пробы больше максимально допустимой изменяются времена удерживания. Особенно важно не перегружать капиллярную колонку, так как ее эффективность сильно падает с перегрузкой.
Способ дозирования. Пробу можно ввести быстро, в виде узкой полосы или медленно, в виде разбавленной полосы. Первый способ введения — «метод поршня» — идеальный, второй — «способ экспоненциального разбавления» может приводить к дополнительному размыванию полосы. Способ дозирования в реальных случаях занимает промежуточное состояние между этими крайними случаями. В общем случае ширина дозируемой пробы должна быть значительно меньше ширины полосы вещества, получаемого на выходе из колонки.
Чувствительность, линейность, инерционность и стабильность детектора. Назначение детектора — регистрация выходных кривых в виде сигналов (пиков) достаточной амплитуды, необходимых для количественных измерений. Для точных количественных измерений необходимо, чтобы
· детектор не искажал истинную форму полосы, образующейся на слое сорбента, другими словами, детектор должен быть малоинерционен, постоянная времени — небольшой;
· показания детектора были пропорциональны концентрации или количеству дозируемых веществ, т.е. детектор должен обладать достаточно широкой областью линейности;
· запись сигнала была устойчивой, не должно быть флуктуации нулевой линии или же монотонного смещения нулевой линии в течение длительного времени (дрейфа нулевой линии).
|
|
|
|
|
|
