Основные параметры хроматографического разделения

Основными хроматографическими параметрами, характеризующими поведение вещества в колонке, являются время удерживания компонента смеси и удерживаемый объем. Время от момента ввода анализируемой пробы до регистрации максимума пика называют временем удерживания (элюирования) t_R. Время удерживания складывается из двух составляющих - времени пребывания вещества в подвижной t₀ и неподвижной t_s фазах [13]:

t_R.= t₀ + t_s.                                             (2.1)

Значение t₀ фактически равно времени прохождения через колонку адсорбируемого компонента. Значение t_R не зависит от количества пробы, но зависит от природы вещества и сорбента, а также упаковки сорбента и может меняться от колонки к колонке. Поэтому для характеристики истинной удерживающей способности следует ввести исправленное время удерживания t′_R [13]:

t′_R = t_R - t₀.                                            (2.2)

Для характеристики удерживания часто используют понятие удерживаемого объема V_R - объем подвижной фазы, который нужно пропустить через колонку с определенной скоростью, чтобы элюировать вещество [13]:

V_R = t_RF,                                               (2.3)

где F – объемная скорость потока подвижной фазы, см³с^-1.

Объем для вымывания несорбируемого компонента (мертвый объем) выражается через t₀: V₀ = t₀F, и включает в себя объем колонки, не занятый сорбентом, объем коммуникаций от устройства ввода пробы до колонки и от колонки до детектора. Исправленный удерживаемый объем V′_R соответственно равен [13]:

V′_R = V_R - V₀.                                       (2.4)

При постоянных условиях хроматографирования (скорость потока, давление, температура, состав фаз) значения t_R и V_R строго воспроизводимы и могут быть использованы для идентификации веществ.

Любой процесс распределения вещества между двумя фазами характеризуют коэффициентом распределения D. Величина D отношением c_s/c₀, где с_т и с₀ – концентрации вещества в подвижной и неподвижной фазах соответственно. Коэффициент распределения связан с хроматографическими параметрами.

Характеристикой удерживания является также коэффициент емкости k', определяемый как отношение массы вещества в неподвижной фазе к массе вещества в подвижной фазе: k' = m_н/m_п. Коэффициент емкости показывает, во сколько раз вещество дольше находится в неподвижной фазе, чем в подвижной. Величину k' вычисляют из экспериментальных данных по формуле [13]:

                        (2.5)

Важнейшим параметром хроматографического разделения является эффективность хроматографической колонки, количественной мерой которой служат высота Н, эквивалентная теоретической тарелке, и число теоретических тарелок N.

Теоретическая тарелка – это гипотетическая зона, высота которой соответствует достижению равновесия между двумя фазами. Чем больше теоретических тарелок в колонке, т.е. чем большее число раз устанавливается равновесие, тем эффективнее колонка. Число теоретических тарелок легко рассчитать непосредственно из хроматограммы, сравнивая ширину пика w и время пребывания t_R компонента в колонке [13]:

              (2.6)

Определив N и зная длину колонки L, легко вычислить Н:

                                                    (2.7)

Эффективность хроматографической колонки также характеризует симметричность соответствующего пика: чем более симметричен пик, тем более эффективной является колонка. Численно симметричность выражают через коэффициент симметрии K_S, который может быть определен по формуле [13]:

,                                              (2.8)

где b _0.05 – ширина пика на одной двадцатой высоты пика; А – расстояние между перпендикуляром, опущенным из максимума пика, и передней границей пика на одной двадцатой высоты пика.

Для оценки воспроизводимости хроматографического анализа используют относительное стандартное отклонение (RSD ), характеризующее рассеяние результатов в выборочной совокупности [13]:

,     (2.9)

где n – количество параллельных хроматограмм; х - содержание компонента в пробе, определенное путем расчета площади или высоты соответствующего пика на хроматограмме;  – среднее значение содержания компонента, рассчитанное на основании данных параллельных хроматограмм; s ² – дисперсия полученных результатов.

Результаты хроматографического анализа считаются вероятными, если выполняются условия пригодности хроматографической системы [19]:

- число теоретических тарелок, рассчитанное по соответствующему пику, должно быть не менее требуемого значения;

- коэффициент разделения соответствующих пиков должен быть не менее требуемого значения;

- относительное стандартное отклонение, рассчитанное для высоты или площади соответствующего пика, должно быть не более требуемого значения;

- коэффициент симметрии соответствующего пика должен быть в требуемых пределах.