1.3. Принцип хроматографічного розділення

Розділення речовини зустрічається при кожному хімічному синтезі. Якщо окремі компоненти суміші перебувають у різних фазах, то їх розділення проводиться досить легко – методами фільтрації, осадження, центрифугування тощо. Навпаки, якщо декілька речовин перебувають в одній фазі, тобто мало відрізняються за властивостями (наприклад, розчинністю, адсорбцією або розміром молекул), то в цьому випадку розділення можна досягти шляхом багаторазового повторення елементарного акту розподілу: видаленням молекул, які виходять з нерухомої фази, що здійснюється завдяки постійному руху рухомої фази.

Цільове призначення хроматографії – кількісне розділення та ідентифікація компонентів складної суміші.

Характерною особливістю хроматографічних методів є розподіл розділювальних речовин між двома фазами, які не змішуються, що призводить до розділення компонентів суміші. При цьому одна фаза може бути твердою, а інша – газоподібною або рідкою; обидві фази можуть бути рідкими і поміщені на який-небудь носій. Речовини, що містяться в суміші, під час хроматографічного розподілу переходять з однієї фази в іншу.

Процес хроматографічного розділення суміші речовин полягає в різному розподілі кожного компоненту даної суміші між двома фазами, з наступним повним розділенням суміші шляхом застосування операції вимивання або витиснення компонента, що виділяється. Причиною такого розділення є відмінності у взаємодії кожного з компонентів даної суміші речовин, що перебувають у першій фазі (розчинник), із другою фазою – сорбентом (твердим або рідким), поміщеним на носії.

Для пояснення явищ, що відбуваються під час хроматографії, розрахунків довжини колонок, положення і форми піків, вибору оптимальних умов процесів існує два підходи – теорія теоретичних тарілок (ТТТ) і кінетична теорія. Згідно ТТТ, хроматографічну колонку можна уявити у вигляді ряду вузьких дотичних шарів, що називаються теоретичними тарілками. Мартін і Сіндж показали, що висота, еквівалентна теоретичній тарілці, заповненої колонки може досягати 0,002 см. Таким чином, колонка довжиною 10 см може вміщувати порядку 5000 тарілок. Високої ефективності розподілу можна чекати навіть від порівняно коротких колонок. Припускають, що в кожній такій тарілці встановлюється рівновага між рухомою і нерухомою фазами. Чим більше таких рівноваг, тим ефективніше розділення. Для оцінки ефективності колонки використовують поняття висоти теоретичної тарілки.

Молекули речовини проходячи через колонку внаслідок хаотичного руху багато разів випадково стикаються між собою, тому одні молекули можуть просуватися швидше, ніж інші. На просування молекул через колонку впливає ряд факторів, що визначають ефективність хроматографічної колонки:

1) структура нерухомої фази (розміри гранул, їх однорідність, щільність і рівномірність заповнення колонки);

2) швидкість встановлення рівноваги сорбція-десорбція (масообмін);

3) дифузія молекул із зони з більшою концентрацією у зону з меншою концентрацією.