Théorie de la séparation chromatographique
La théorie de la séparation chromatographique explique comment les analytes migrent et comment les bandes s'élargissent, fournissant les figures de mérite qui quantifient la qualité d'une séparation.
Definition
La théorie de la séparation chromatographique est l'ensemble des principes physico-chimiques qui décrivent la rétention des analytes et l'élargissement des bandes en chromatographie, et qui quantifient la performance de la séparation à travers la rétention, la sélectivité, l'efficacité et la résolution.
Scope
Ce sujet couvre le cadre conceptuel commun à toutes les méthodes chromatographiques : le facteur de rétention et la constante de distribution, la sélectivité, le modèle de plateau pour l'efficacité, l'explication de l'élargissement des bandes par la théorie de la vitesse, et l'équation de résolution qui relie ces éléments. Il constitue le complément théorique aux sujets spécifiques aux techniques de séparation gazeuse, liquide et électrophorétique.
Core questions
- Comment le facteur de rétention, la sélectivité et le nombre de plateaux sont-ils définis et mesurés ?
- Quels processus physiques élargissent les bandes chromatographiques à mesure que les analytes migrent ?
- Comment la théorie de la vitesse prédit-elle une vitesse optimale de la phase mobile ?
- Comment l'équation de résolution combine-t-elle l'efficacité, la sélectivité et la rétention ?
Key theories
- Théorie des plateaux
- La modélisation de la colonne comme une série d'étages d'équilibre donne le nombre de plateaux théoriques et la hauteur de plateau comme mesures de l'efficacité ; des plateaux plus nombreux et plus nets correspondent à des pics plus étroits, et le concept dérive du traitement de partage de Martin et Synge.
- Théorie de la vitesse (de van Deemter)
- La théorie de la vitesse exprime la hauteur de plateau comme une somme de termes de diffusion turbulente (eddy diffusion), de diffusion longitudinale et de résistance au transfert de masse qui varient avec la vitesse d'écoulement, prédisant une hauteur de plateau minimale à une vitesse optimale et expliquant comment la taille des particules et la diffusion limitent l'efficacité.
Mechanisms
La constante de distribution d'un analyte entre les phases mobile et stationnaire détermine son facteur de rétention et, par conséquent, son temps d'élution. La sélectivité est le rapport des facteurs de rétention pour deux analytes et reflète les différences chimiques. Au fur et à mesure que les bandes migrent, elles s'étalent par diffusion turbulente (eddy diffusion) dans le garnissage, par diffusion moléculaire longitudinale et par des vitesses finies de transfert de masse entre les phases ; la théorie de la vitesse (rate theory) somme ces contributions en hauteur de plateau. La résolution de deux pics découle alors de l'interaction entre l'efficacité, la sélectivité et la rétention.
Clinical relevance
La théorie de la séparation guide le développement de méthodes pratiques partout où la chromatographie est utilisée — en aidant à choisir les dimensions de la colonne, la taille des particules et le débit pour atteindre la résolution et la rapidité nécessaires aux analyses pharmaceutiques, environnementales, cliniques et alimentaires.
History
Les fondements théoriques ont débuté avec l'article de Martin et Synge de 1941 sur la chromatographie de partage, qui a introduit le concept de plateau et leur a valu le prix Nobel. La théorie de la vitesse (rate theory) de Van Deemter et ses collègues en 1956 a relié la hauteur de plateau aux processus de transport physique, et Giddings a ensuite unifié et étendu la théorie cinétique de l'élargissement des bandes.
Key figures
- Archer Martin
- Richard Synge
- Jan van Deemter
- John Calvin Giddings
Related topics
Seminal works
- martin1941
- vandeemter1956
- skoog2017
Frequently asked questions
- Qu'est-ce qu'un plateau théorique ?
- C'est une unité conceptuelle d'efficacité de séparation empruntée à la distillation ; une colonne avec plus de plateaux théoriques produit des pics plus étroits, et le nombre de plateaux est calculé à partir du temps de rétention et de la largeur d'un pic.
- Pourquoi y a-t-il un débit optimal en chromatographie ?
- La théorie de la vitesse montre que l'élargissement des bandes dû à la diffusion longitudinale diminue avec un débit plus rapide, tandis que l'élargissement dû au transfert de masse augmente ; la hauteur de plateau est donc la plus faible — et l'efficacité la plus élevée — à une vitesse intermédiaire et optimale.