Теория хроматографического разделения

Теория хроматографического разделения объясняет миграцию аналитов и уширение зон, предоставляя критерии качества разделения.

Definition

Теория хроматографического разделения — это совокупность физико-химических принципов, описывающих удерживание аналитов и уширение зон в хроматографии, а также количественно оценивающих эффективность разделения через удерживание, селективность, эффективность и разрешение.

Scope

Эта тема охватывает концептуальные основы, общие для всех хроматографических методов: фактор удерживания и константа распределения, селективность, тарелочная модель эффективности, теория скорости, объясняющая уширение зон, и уравнение разрешения, которое связывает все эти понятия. Это теоретическое дополнение к темам, специфичным для газовой, жидкостной и электрофоретической хроматографии.

Core questions

• Как определяются и измеряются фактор удерживания, селективность и число теоретических тарелок?
• Какие физические процессы вызывают уширение хроматографических зон по мере миграции аналитов?
• Как теория скорости предсказывает оптимальную скорость подвижной фазы?
• Как уравнение разрешения объединяет эффективность, селективность и удерживание?

Key theories

Тарелочная теория

Моделирование колонки как ряда равновесных стадий дает число теоретических тарелок и высоту тарелки как меры эффективности; более острые, многочисленные тарелки соответствуют более узким пикам, и эта концепция вытекает из распределительной трактовки Мартина и Синга.

Теория скорости (Ван Деемтера)

Теория скорости выражает высоту тарелки как сумму членов, связанных с вихревой диффузией, продольной диффузией и сопротивлением массопереносу, которые изменяются в зависимости от скорости потока, предсказывая минимальную высоту тарелки при оптимальной скорости и объясняя, как размер частиц и диффузия ограничивают эффективность.

Mechanisms

Константа распределения аналита между подвижной и неподвижной фазами определяет его фактор удерживания и, следовательно, время элюирования. Селективность — это отношение факторов удерживания для двух аналитов, отражающее различия в их химических свойствах. По мере миграции зоны расширяются из-за вихревой диффузии в упаковке, продольной молекулярной диффузии и конечных скоростей массопереноса между фазами; теория скорости суммирует эти эффекты в высоту тарелки. Разрешение двух пиков затем определяется взаимодействием эффективности, селективности и удерживания.

Clinical relevance

Теория разделения направляет разработку практических методов везде, где используется хроматография — выбор размеров колонки, размера частиц и скорости потока для достижения разрешения и скорости, необходимых для фармацевтического, экологического, клинического и пищевого анализа.

History

Теоретические основы были заложены в работе Мартина и Синга 1941 года по распределительной хроматографии, которая ввела концепцию тарелки и принесла им Нобелевскую премию. Теория скорости Ван Деемтера и его коллег 1956 года связала высоту тарелки с физическими процессами переноса, а Гиддингс позднее объединил и расширил кинетическую теорию уширения зон.

Key figures

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

Seminal works

• martin1941
• vandeemter1956
• skoog2017

Frequently asked questions

Что такое теоретическая тарелка?

Это концептуальная единица эффективности разделения, заимствованная из дистилляции; колонка с большим числом теоретических тарелок дает более узкие пики, а число тарелок рассчитывается по времени удерживания и ширине пика.

Почему в хроматографии существует оптимальная скорость потока?

Теория скорости показывает, что уширение зоны из-за продольной диффузии уменьшается с увеличением скорости потока, в то время как уширение из-за массопереноса увеличивается, поэтому высота тарелки минимальна — и эффективность максимальна — при промежуточной, оптимальной скорости.