9.1.4. Метод теоретических тарелок
Для описания хроматографических процессов разработан целый ряд теорий, однако практическое значение имеют: метод теоретических тарелок и кинетическая теория.
Метод ВЭТТ (высоты эквивалентной теоретической тарелки).
Этот метод предложен Мартином и Синджем. Суть его в том, что вся хроматографическая колонка мысленно делится на ряд элементарных участков – "тарелок" и предполагается, что на каждой тарелке очень быстро устанавливается равновесие между сорбентом и подвижной фазой. Каждая новая порция газа-носителя вызывает смещение этого равновесия, вследствие чего часть вещества переносится с первой тарелки на следующую, на которой, в свою очередь, устанавливается новое равновесное распределение и вновь происходит перенос вещества со второй на третью и т.д. тарелку. В результате этого хроматографируемое вещество распределяется на нескольких тарелках, причем на средних – его концентрация оказывается максимальной по сравнению с соседними тарелками. Распределение вещества вдоль слоя сорбента подчиняется уравнению:
,
(9.14)
где
х
– расстояние от начала колонки до точки,
в которой концентрация равна с;
– координата центра полосы; Н
– высота, эквивалентная теоретической
тарелке (ВЭТТ); l
– длина слоя сорбента, на которой
произведено поглощение и размещено n
теоретических тарелок, при этом
(9.15)
Для определения n обычно используют следующее уравнение:
(9.16)
Эффективность разделения тем выше, чем меньше высота эквивалентных теоретических тарелок и больше их число при одной и той же длине колонки l. Теория ВЭТТ позволяет количественно сопоставлять эффективность работы различных хроматографических колонок.
9.2. Распределительная хроматография
Распределительная или жидкостно-жидкостная хроматография по сути близка к газожидкостной. На твердый носитель в колонке или на бумаге наносят пленку жидкой фазы (сорбент или неподвижная фаза) и пропускают жидкий раствор (подвижную фазу). Жидкостно-жидкостная хроматография может проводиться в колоночном варианте и на бумаге.
9.2.1. Колоночная распределительная хроматография
Разделение
смеси веществ в жидкостно-жидкостной
хроматографии основывается на различии
коэффициентов распределения веществ
между двумя несмешивающимися
растворителями. Коэффициент распределения
вещества
равен:
,
(9.17)
где
и
– концентрация в подвижной и неподвижной
фазах.
Поиск несмешивающихся фаз, обеспечивающих достаточно высокое разделение, обычно выполняется эмпирически на основе экспериментальных данных. Широкое применение в жидкостно-жидкостной хроматографии получили тройные системы, состоящие из двух несмешивающихся растворителей и третьего, растворимого в обеих фазах. Такие системы позволяют получать набор несмешивающихся фаз с различной селективностью. В качестве примера можно привести смесь гептана и воды, в которую введен этанол, хорошо растворяющийся в обеих средах. Так как полностью исключить взаимное растворение несмешивающихся фаз невозможно, то, в ходе хроматографирования подвижную жидкую фазу предварительно насыщают неподвижной.
Эффективность колонки в распределительной хроматографии связана с вязкостью, коэффициентом диффузии и другими физическими свойствами жидкостей. С уменьшением вязкости подвижной фазы сокращается продолжительность анализа, а с увеличением ее несколько возрастает эффективность. На практике обычно используют маловязкие растворители, так как возрастание эффективности колонок с изменением вязкости несущественно.
К носителю неподвижной фазы предъявляются такие требования как:
достаточно развитая поверхность;
химическая инертность,
прочное удержание на своей поверхности жидкой фазы (сорбента);
устойчивость к действию растворителей.
В качестве носителей используют вещества различной химической природы: как гидрофильные – силикагель, целлюлоза и др., так и гидрофобные – фторопласт, тефлон и другие полимеры.