Жидкостная хроматография при высоких давлениях - Энгельгардт Х.
Скачать (прямая ссылка):
Долю размывания полосы, которая не зависит от скорости потока (член А), приписывают так называемой вихревой диффузии. Вещества, перемещающиеся через колонку, по-разному омывают зерна заполняющего колонку материала, и поэтому длина пути этих веществ может быть самой разной. Различия в направлении движения и скоростях потока ведут к размыванию полосы, которое должно зависеть только от вида и качества заполнения колонки. Член А пропорционален диаметру частиц:
А = 2 Xdp, (22)
где X - так называемый фактор упаковки.
Член В — в уравнении (21) описывает размывание полосы, вызываемое продольной диффузией, он становится заметным тогько при низких скоростях потока. Его вкладом в размывание полосы при скоростях потока, превышающих 0,5 см/с, в жидкостной хроматографии очень часто пренебрегают, что вполне оправдано, если диаметр превышает 10 мкм. Размывание, обусловленное диффузией в элюенте, описывают уравнением
В — 2yDm,; (23)
в этом выражении у учитывает ограничение пути диффузии в заполненной колонке.
Диффузия молекул пробы, включая инертные вещества, в движущемся элюенте отличается от диффузии в неподвижном элюенте. Эффективная диффузия в направлении оси колонки в жидкостной хроматографии при высоких скоростях больше, чем продольная диффузия (ср. уравнение Тейлора). Эту долю размывания полосы, вызванную диффузией в движущемся элюенте, связывают с членом Ст.
24
Глава II
1
*
*
¦с
и, см/с
Рис. II.3. Кривые, характеризующие зависимость размывания полосы от
скорости потока.
Он зависит от диаметра частиц и обратно пропорционален коэффициенту диффузии в подвижной фазе
Ф является функцией только объемного отношения распределения к!.
При движении через колонку молекулы пробы постоянно переходят из подвижной фазы в неподвижную (сорбция) или обратно (десорбция). Если молекула сорбируется, то она отстает от центра зоны, которая продолжает двигаться вдоль колонки. Когда эта молекула возвращается из неподвижной фазы в подвижную, она движется быстрее, чем точка центра тяжести массы удерживаемой зоны, так как скорость элюента всегда больше, чем средняя скорость продвижения зоны вещества. Этот процесс ведет к размыванию зоны вещества. Так называемый член массопередачи в неподвижной фазе описывается уравнением
Дробь dj/Ds служит мерой длительности задерживания в неподвижной Лазе и измеряется в секундах. В литературе по газовой хромато-
(24)
Cs = const
(25)
Основы хроматографии
25
графии df называют средней толщиной пленки неподвижной фазы, а D, - коэффициентом диффузии пробы в неподвижной фазе. В жидкостной хроматографии скорости диффузии в подвижной и жидкой неподвижной фазах одинаковы, поэтому диффузия в подвижной фазе, находящейся внутри пор, также приводит в размыванию полосы; в газовой хроматографии этого не наблюдается. Молекулы, диффундирующие в такую «стоящую» подвижную фазу, отстают от всех молекул, которые остаются в «движущейся» подвижной фазе. Эта доля размывания полосы, не связанная с удерживанием вещества, одинакова для инертного вещества и удерживаемых веществ. Если скорость перемещения зон веществ незначительна (высокие значения к'), то данный вклад в размывание полосы относительно мал. Его можно снизить, уменьшая глубину пор и тем самым сокращая путь диффузии. С этой целью либо заполняют колонку поверхностно-пористыми частицами [15], т. е. частицами с непроницаемым ядром (например, стеклянными шариками), на которые нанесен тонкий, в ~ 1 мкм, пористый слой, либо уменьшают диаметр частиц и, следовательно, глубину пор.
У поверхностно-пористых частиц объем пор и путь диффузии в поры и из пор очень мал, в результате массообмен ускоряется и наблюдаемое расширение полосы значительно меньше, чем на колонках, заполненных пористыми частицами такого же диаметра. Однако поверхностно-пористые частицы отличаются незначительной емкостью, поэтому общее количество неподвижной фазы в колонке мало. Тем не менее в скоростной жидкостной хроматографии такие материалы успешно используют для проведения быстрых разделений (ср. разд. V. А).
Значение поверхностно-пористых материалов (ППМ) уменьшилось после того, как удалось простым способом получать воспроизводимые эффективные разделительные колонки, заполненные частицами размером 10 мкм и меньше. В отличие от колонок с ППМ величина предельной нагрузки здесь значительно больше и благодаря большему количеству эффективной неподвижной фазы значения к' также выше.
Наиболее целесообразно ППМ использовать в тех случаях, когда при разделении на полностью пористых частицах при заданном элюенте получаются слишком большие времена удерживания. Из-за небольшого количества неподвижной фазы на частицах ППМ времена удерживания значительно меньше.
Все высказанные выше соображения носят более или менее качественный характер, так как процессы в заполненной колонке точно описать нельзя. Такая трактовка возможна только в том случае, когда рассматривается открытая труба, на внутренней стенке которой находится тонкий слой неподвижной фазы (уравнение Голея).
Наряду с уравнением ван Деемтера для описания зависимости размывания полосы от скорости потока предложен также ряд упро-
