2. Вплив різних факторів на хроматографічне розділення суміші речовин

2.1. Вплив швидкості потоку і тиску газу-носія на ефективність розділення.

З раніше виведених залежностей (ван Деємтер запропонував рівняння, яке пов'язує BETT (H) з лінійною швидкістю (U) потоку рухомої фази: ₎ відомо, що ефективність колонки має складну залежність від швидкості потоку газу-носія, і що існує оптимальна швидкість, яка відповідає мінімальному значенню Н – ВЕТТ. Тому для успішного проведення експерименту з розділення суміші речовин необхідно вибрати швидкість потоку, яка відповідає мінімуму значення Н. Оптимальна швидкість газу-носія встановлюється експериментально.

Звичайний хроматографічний дослід проводиться при середньому тиску, який трохи перевищує атмосферний (760 мм рт. ст. або 101 кПа). Підвищення тиску приводить до зменшення Н, і відповідно, сприяє покращенню ефективності колонки. Підвищення тиску викликає додатковий ефект, зв’язаний з міжмолекулярною взаємодією речовин суміші з газом-носієм, і газ-носій не тільки переносить речовину, а й впливає на коефіцієнт Генрі і величину об’єму утримання. Підвищуючи тиск, можна підібрати такі умови досліду, які збільшать селективність нерухомої фази за рахунок зміни коефіцієнта Генрі. Застосування вакууму також сприяє в певних умовах кращому розділенню суміші речовин. Тому можливість зміни тиску газу-носія в широких межах, від вакууму до тиску в декілька сотень і навіть тисяч атмосфер, дозволяє вибрати оптимальні умови проведення досліду.

2.2. Селективність і тривалість розділення у газовій хроматографії. Як уже зазначалось, впливом рухомої фази на селективність розділення речовин, тобто на значення характеристик утримування, у газовій хроматографії можна нехтувати. Впливати на селективність можна:

• добором селективного сорбенту,

• для певної колонки зміною її температури під час аналізу, тобто застосуванням режиму програмування температури.

Тривалість розділення речовин (значення часів утримування) у газовій хроматографії залежить від:

• площі поверхні сорбенту. Відомо, що адсорбція тим більша, чим більша площа поверхні сорбенту. Отже, зменшивши площу поверхні, можна зменшити адсорбцію на вузькій ділянці нерухомої фази. Це призведе до прискорення проходження компонента суміші крізь сорбент, а отже до скорочення тривалості аналізу.

• температури. З підвищенням температури адсорбція зменшується. При цьому зменшується коефіцієнт розподілу речовини і виправлений час утримування. Отже, зменшити утримувані об'єми речовин, які сильно адсорбуються, можна підвищенням температури колонки або /і зменшенням питомої поверхні сорбенту.

2.3. Хроматографія з програмуванням температури.

Температура – один з основних факторів у газовій хроматографії, який визначає тривалість розділення, селективність колонки, розмиття смуг. Для речовин із близькою полярністю послідовність елюювання корелює з їхніми температурами кипіння.

Кожна пара речовин добре розділяється за деякої певної температури. Суміш речовин, які киплять у широкому діапазоні температур, розділити за сталої температури колонки складно, а часом неможливо. Наприклад, за низьких температур добре розділяються легкі компоненти, однак час елюювання сполук гомологічного ряду експоненціально зростає і загальна тривалість аналізу стає значною. В міру підвищення температури, коли важкі компоненти елюються відносно швидко, розділення легких компонентів погіршується. Легкі компоненти можуть взагалі не розділитися. Цей недолік можна усунути зміною сорбційної ємності в ході розділення за допомогою підвищення температури колонки за заданим законом.

Температура суттєво впливає як на коефіцієнт Генрі, відповідно на селективність сорбента, так і на коефіцієнт дифузії. З підвищенням температури зростає швидкість дифузійних процесів, які, залежно від визначальних стадій, можуть як збільшувати, так і зменшувати ефективність колонки. Зниження температури збільшує сорбційні здатності компонентів, тобто степінь розділення, але також збільшує тривалість аналізу. Тому оптимальна температура вибирається експериментально для кожної суміші компонентів, і повинна забезпечувати відсутність конденсації пари всіх компонентів та необхідне значення критерію розділення.

Хроматографічне розділення у більшості випадків проводиться в ізотермічному режимі – при постійній температурі впродовж всього досліду і по всій довжині колонки. В газових хроматографах для забезпечення ізотермічного процесу колонку поміщають в термостат.

У випадку аналізу сумішей, температури кипіння компонентів яких знаходяться в широкому діапазоні, найдоцільніше проводити розділення при поступовій зміні температури за певною програмою – у програмованому режимі.

Якщо процес починається при порівняно низьких температурах, то сорбованість більшості компонентів велика і швидкість їх хроматографічних зон в шарі сорбента мала. Із збільшенням температури внаслідок зменшення сорбованості і, відповідно, збільшення швидкості зон із колонки будуть виходити все більш важкі компоненти суміші.

Однак у хроматографії з програмуванням температури вибір нерухомих рідких фаз із необхідною термічною стійкістю є обмеженим через застосування високих температур.