Theorie der chromatographischen Trennung

Die Theorie der chromatographischen Trennung erklärt, wie Analyten wandern und Banden verbreitert werden, und liefert die Gütekriterien, die die Qualität einer Trennung quantifizieren.

Definition

Die Theorie der chromatographischen Trennung ist die Gesamtheit der physikalisch-chemischen Prinzipien, die die Analytretention und Bandenverbreiterung in der Chromatographie beschreiben und die Trennleistung durch Retention, Selektivität, Effizienz und Auflösung quantifizieren.

Scope

Dieses Thema behandelt den konzeptionellen Rahmen, der allen chromatographischen Methoden gemeinsam ist: den Retentionsfaktor und die Verteilungskonstante, die Selektivität, das Plattenmodell der Effizienz, die Erklärung der Bandenverbreiterung durch die Ratentheorie und die Auflösungsgleichung, die diese miteinander verbindet. Es ist die theoretische Ergänzung zu den technikspezifischen Themen der Gas-, Flüssigkeits- und elektrophoretischen Trennung.

Core questions

• Wie werden Retentionsfaktor, Selektivität und Trennstufenzahl definiert und gemessen?
• Welche physikalischen Prozesse verbreitern chromatographische Banden, während Analyten wandern?
• Wie sagt die Ratentheorie eine optimale Geschwindigkeit der mobilen Phase voraus?
• Wie kombiniert die Auflösungsgleichung Effizienz, Selektivität und Retention?

Key theories

Plattentheorie

Die Modellierung der Säule als eine Reihe von Gleichgewichtsstufen ergibt die Anzahl der theoretischen Böden und die Plattenhöhe als Maße für die Effizienz; schärfere, zahlreichere Böden entsprechen schmaleren Peaks, und das Konzept leitet sich von Martin und Synges Verteilungsbehandlung ab.

Ratentheorie (van Deemter-Gleichung)

Die Ratentheorie drückt die Plattenhöhe als Summe von Wirbeldiffusion, longitudinaler Diffusion und Massentransferwiderstandstermen aus, die mit der Flussgeschwindigkeit variieren, und sagt eine minimale Plattenhöhe bei einer optimalen Geschwindigkeit voraus, wobei sie erklärt, wie Partikelgröße und Diffusion die Effizienz begrenzen.

Mechanisms

Die Verteilungskonstante eines Analyten zwischen mobiler und stationärer Phase bestimmt seinen Retentionsfaktor und damit seine Elutionszeit. Die Selektivität ist das Verhältnis der Retentionsfaktoren zweier Analyten und spiegelt Unterschiede in der Chemie wider. Während die Banden wandern, breiten sie sich durch Wirbeldiffusion in der Packung, longitudinale Moleküldiffusion und endliche Massentransferraten zwischen den Phasen aus; die Ratentheorie fasst diese zur Plattenhöhe zusammen. Die Auflösung zweier Peaks ergibt sich dann aus dem Zusammenspiel von Effizienz, Selektivität und Retention.

Clinical relevance

Die Trenntheorie leitet die praktische Methodenentwicklung überall dort an, wo Chromatographie eingesetzt wird – bei der Wahl von Säulenabmessungen, Partikelgröße und Flussrate, um die für pharmazeutische, umwelttechnische, klinische und Lebensmittelanalysen erforderliche Auflösung und Geschwindigkeit zu erreichen.

History

Die theoretischen Grundlagen begannen mit Martin und Synges Arbeit zur Verteilungschromatographie von 1941, die das Plattenkonzept einführte und ihnen den Nobelpreis einbrachte. Van Deemter und Kollegen verbanden 1956 in ihrer Ratentheorie die Plattenhöhe mit physikalischen Transportprozessen, und Giddings vereinte und erweiterte später die kinetische Theorie der Bandenverbreiterung.

Key figures

• Archer Martin
• Richard Synge
• Jan van Deemter
• John Calvin Giddings

Seminal works

• martin1941
• vandeemter1956
• skoog2017

Frequently asked questions

Was ist ein theoretischer Boden?

Es ist eine konzeptionelle Einheit der Trenneffizienz, die aus der Destillation entlehnt wurde; eine Säule mit mehr theoretischen Böden erzeugt schmalere Peaks, und die Trennstufenzahl wird aus der Retentionszeit und der Breite eines Peaks berechnet.

Warum gibt es eine optimale Flussrate in der Chromatographie?

Die Ratentheorie zeigt, dass die Bandenverbreiterung durch longitudinale Diffusion mit schnellerem Fluss abnimmt, während die Massentransferverbreiterung zunimmt, so dass die Plattenhöhe bei einer mittleren, optimalen Geschwindigkeit am niedrigsten – und die Effizienz am höchsten – ist.