А Б В Г Д Е Є Ж З І Ї Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ю Я
Коефіцієнт - розподіл - розчинена речовина
Коефіцієнт розподілу розчиненої речовини всередині зерен гелю і навколишнього його води позначимо К. При /(0 речовина не надходить в зерна гелю або виключається з нього. Якщо К, лежить в межах від 0 до 1 то речовина частково виключається з гелю сефадексе, а якщо значення /С перевищує 1 то це вказує на адсорбцію між матрицею гелю і сорбіруємості речовиною.
Коефіцієнт розподілу розчиненого речовини між нерухомою рідкою фазою і газом-носієм змінюється експоненціально зі зворотним значенням абсолютної температури, тому логарифм виправленого утримуваного обсягу залежить від величини, зворотної температурі, лінійно.
С - коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між рідкою і газовою фазами, /рі - частка обсягу колонки, яку займає рідиною, Fraa - Частка обсягу колонки, яку займає газом, df - товщина плівки рідини, ОЖІКК - коефіцієнт дифузії розчиненої речовини в рідкій фазі і та - швидкість потоку газу-носія. Для пористого твердого носія, який зазвичай і застосовують в газовій хроматографії, товщина плівки рідини пропорційна відношенню рідина - твердий носій набивання, і тому ефективність колонки, яка визначається висотою, еквівалентної одній теоретичної тарілці, повинна зменшуватися зі збільшенням кількості рідкої фази.
Показано, що коефіцієнт розподілу розчинених речовин залишається незмінним до деякої граничної концентрації поверхнево-активної речовини, а потім збільшується пропорційно концентрації. Для маноксола ВІД порогова концентрація становить 1 5%, і така, низька концентрація цієї сполуки, як 0 1%, вже забезпечує хорошу симетрію піку. Наведений факт може виявитися вельми корисним, оскільки Тенни[98]показав, що такі неполярні рідини, як силікон 703 конвойл-20 і конвахлор-12 більш ефективні для хроматографії-чеського поділу спиртів, ніж кисень розчинники.
Критерій подібності Ф3 характеризує коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома фазами.
Схема безперервного автоматичного екстрактора проточного типу. Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами - розчинниками. Якщо розчинена речовина забарвлене, екстракт також буде пофарбований, і за інтенсивністю забарвлення визначають тривалість екстрагування. Якщо речовина безбарвно, то повнота екстрагування визначається тільки часом, так як взяти пробу з приладу важко.
Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами-розчинниками. Якщо розчинена речовина забарвлене, екстракт також пофарбований, і за інтенсивністю його забарвлення визначають тривалість екстрагування. Якщо речовина безбарвно, то повнота екстрагування визначається тільки часом, так як взяти пробу рідини з приладу важко.
Інша причина - відмінність коефіцієнтів розподілу розчиненої речовини і розчинника в матриці мембрани, що породжує відмінність швидкостей дифузії компонентів, якщо перенесення здійснюється по дифузійному механізму.
Інша причина - відмінність коефіцієнтів розподілу розчиненої речовини і розчинника в матриці мембрани, що породжує відмінність швидкостей дифузії компонентів, якщо перенесення здійснюється за дифузійному механізму.
Знайдіть величину RF, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між нерухомою і рухомою фазами Р - р - 5 Рішення.
Розподільна хроматографія заснована на різниці коефіцієнтів розподілу розчинених речовин між двома несмешивающимися розчинниками, один з яких нерухомо розподілений в колонці, а інший рухається уздовж неї. Одним з варіантів розподільної хроматографії є так звана паперова хроматографія.
З другого рівняння випливає, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини в даній системі дорівнює відношенню його концентрацій в двох фазах.
Як видно з викладеного, значення коефіцієнтів розподілу розчинених речовин залежать від характеру взаємодії кожного компонента з рухомою і стаціонарними фазами. Тому при виборі оптимальних умов хроматографічного розділення вирішальна роль належить властивостям застосовуваних розчинників. Однак широкому вибору стаціонарних фаз і рухливих розчинників перешкоджає поки обмежене число високоякісних носіїв.
З розгляду різних рівноваг слід, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної, рідкої або газоподібної фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі.
З розгляду різних рівноваг видно, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної або рідкої фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі. Крім того, коефіцієнт розподілу газоподібного - речовини між двома розчинниками пропорційний відношенню його розчинність в цих двох розчинниках.
З розгляду різних рівноваг видно, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної або рідкої фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі. Крім того, коефіцієнт розподілу газоподібного речовини між двома розчинниками пропорційний відношенню його розчинність в цих двох розчинниках.
З рівняння (4.3) випливає, що величина коефіцієнта розподілу розчиненої речовини залежить від ставлення його коефіцієнтів активності в двох фазах, в яких відбувається розподіл.
З теоретичних положень випливає, що значення коефіцієнтів розподілу розчинених речовин залежать від характеру взаємодії кожного компонента з рухомою і нерухомою фазами. Тому при виборі оптимальних умов хроматограмі-фического концентрування домішок визначальне значення мають властивості застосовуваних розчинників. Однак широкий вибір нерухомих фаз і рухливих розчинників поки обмежений числом високоякісних носіїв.
Сорбція розчиненої речовини зростає зі збільшенням концентрації, але коефіцієнт розподілу розчиненої речовини зазвичай зменшується внаслідок насичення мембрани при низьких концентраціях.
RF[см. уравнение ( 25 - 38) ]залежить від відносних кількостей контактуючих фаз і від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини. Для даних паперу і розчинника її значення визначається властивостями кожного розчиненої речовини. Для деяких змішаних розчинників спостерігаються два фронти: сухий і вологий. Величину RF можна розрахувати для кожного з цих фронтів, але для цього потрібно специфічний метод.
Зазвичай вважають, слідом за Мартіном і Сінджа[1], Що газо-рідина-ва розподільна хроматографія дає симетричні піки, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини в рідині, що знаходиться в колонці, не залежить від концентрації розчиненого речовини. Кейлеманс, Квантес і Зааль[3]також роблять висновок, що піки повинні бути симетричними, наближаючись до гауссовской кривої або до кривої помилок. Це дослідження, яке стосується пропілену і пропану на колонці з тріізобутіленом в якості нерухомої фази, показує, що асиметрія може бути помітною, незважаючи на лінійний характер ізотерми, і що ступінь асиметрії залежить як від концентрації розчиненого речовини, так і від природи газу-носія, але не залежить від температури колонки і швидкості газу-носія.
Розрахуйте частку розчиненої речовини А, екстрагується 50 мл чистого несмешивающимися з водою органічного розчинника з 100 мл водної фази, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини DC дорівнює 80 і якщо А існує в кожній фазі у вигляді мономерной частки.
Сталість селективності можна пояснити тим, що в системі капролактам - вода одночасно зі зростанням концентрації в об'ємі розчину змінюється склад пов'язаного шару, але як товщина його, так і коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між цим шаром і розчином від зміни концентрації в останньому практично не залежать.
Сталість селективності (див. Рис. 4 - 15) можна пояснити, тим що в системі капролактам - вода одночасно зі зростанням концентрації в об'ємі розчину змінюється склад пов'язаного шару; його товщина, а також коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між цим прошарком і розчином практично не залежать від концентрації розчину. Залежність 2f (xi) екстраполюється в початок координат, а це свідчить про те, що в системі капролактам - вода обидва компонента мають здатність сорбувати на поверхні мембрани. Нахил прямої характеризує їх відносну здатність до сорбції.
Одним з найбільш цікавих прімгпепій закону розподілу є розподільна хроматографія Ч Розглянемо систему, що складається з двох есмсшііающіхся растнорон і містить певну кількість растнорепцих нещестн. Коефіцієнти розподілу розчинених речовин в загальному випадку різні, і при рівновазі деякі з них будуть концеитріронаться і одному розчиннику, а інші - а іншому. Дозволяючи розчину, який містить кілька спритних речовин, приходити н зіткнення з постійно оновлюються обсягами другого розчинника, можна досягти поділу розчинених неществ. Ефективність а того методу залежить від того, наскільки сильно відрізняються один від одного коефіцієнти розподілу.
Час поділу в свою чергу визначається великим числом змінних, починаючи з термодинамічних властивостей ЖХ-системи. Коефіцієнт розподілу розчинених речовин між рухомою і нерухомою фазами k визначає відношення обсягу до часу, необхідного для елюювання цього розчиненої речовини з хроматографічного шару (див. Розд. Хоча менші значення k дозволяють збільшувати навантаження в адсорбційної ЖХ (розд. При оптимізації коефіцієнта поділу а комбінацію рухомий і нерухомої фаз перш за все обирають так, щоб зробити максимальним відношення коефіцієнтів k, і потім прагнуть встановити найменше значення k, яке дозволяє працювати з хорошим навантаженням при прийнятному дозволі, оскільки це мінімізує витрати розчинника і загальний час поділу. На жаль, у багатьох випадках важкого поділу (а1 3) збільшення часу поділу і витрати розчинника є звичайною платою за досягнення необхідного результату. При заданій кількості зразка поділ можна виконати або шляхом його повторення кілька разів з використанням малої навантаження на колонці малого обсягу (висока ефективність на одиницю довжини), або за один пробіг при повному навантаженні на колонці великого обсягу (та ж загальна ефективність, але велика ємність, см. розд. Навіть в останньому випадку, який зазвичай оптимальний, може знадобитися більше часу для того, щоб розділити необхідну кількість зразка.
Схема приладу для екстрагування. Екстракт весь час стікає назустріч пару. Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами - розчинниками.
Слід врахувати також кількість рідкої фази в колонці. Тоді можна розрахувати питому утримуваний обсяг або величину коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежать тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
Інша обставина, яку необхідно враховувати, полягає в тому, що обсяги дозатора і детектора, а також вільний об'єм колонки входять в невиправлені величину утримуваного обсягу, а отже, змінюються зі зміною типу хроматографа. Знаючи кількість рідкої фази в колонці, можна розрахувати питому утримуваний обсяг або коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежить тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
У дослідженому діапазоні властивості розчинника змінюються в дуже широких межах. Уже при 200 ата властивості води і пари на лінії насичення сильно зближуються і відповідно зростає коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між парою й водою.
Інша обставина, яку необхідно враховувати, полягає в тому, що обсяги дозатора і детектора, а також вільний об'єм колонки входять в невиправлені величину утримуваного обсягу, а отже, змінюються зі зміною типу хроматографа. Прийнявши до уваги також кількість рідкої фази в колонці, можна розрахувати питому утримуваний обсяг або величину коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежить тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
При високій температурі (360 - 370) полярні властивості рідкої води настільки ослаблені (е 11 - 10), що і у водних розчинах дисоціація таких електролітів, як Nad або КС1 може бути сильно пригніченою, особливо при значній концентрації розчину. До жаль, дані по значеннях константи дисоціації при високих температурах води вельми обмежені і це не дозволяє обчислювати коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між фазами розчинника з урахуванням форми існування сполуки у воді.
Особливо складний процес поділу тих речовин, коефіцієнти розподілу яких відмінні від нуля і близькі за величиною; в цих випадках необхідно залучити техніку багатоступінчастого фракціонування. По суті, немає принципових відмінностей в техніці багатоступінчастого і одноступінчастого поділу; обидва вони засновані на різниці в коефіцієнтах розподілу розчиненої речовини в двох фазах. Однак слід врахувати два фактори, які роблять фракціонування найбільш ефективним методом поділу. По-перше, значно збільшується час зіткнення обох фаз; по-друге, в процесі фракціонування оновлюються обидві фази. Останнє є відмінною рисою фракціонування в порівнянні з вичерпною екстракцією; хоча в останньому випадку забезпечується безліч контактів між фазами, але оновлюється лише одна фаза.
Гардона іМейсон[45]вивели рівняння, що показує, що крива залежності логарифма спостережуваного осмотичного тиску від часу після деякого моменту переходить в пряму, яку можна екстраполювати до нульового часу. Істинне значення осмотичного тиску виходить коригуванням цього екстраполювати значення з урахуванням швидкостей переносу розчиненої речовини і розчинника крізь мембрану і коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між мембраною і розчинником. Всі ці поправки можуть бути отримані з експериментально визначених величин.
Теоретично показано[71], Що після певного (- 1 - 1 5 години) часу вимірювання крива залежності логарифма осмотичного тиску від часу являє собою пряму, яка може бути екстрапольована до нульового часу вимірювання. Істинне значення початкового осмотичного тиску обчислюється шляхом виправлення екстраполювати значення з урахуванням швидкості переходу розчиненої речовини і розчинника через мембрану і з урахуванням коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між мембраною і розчинником. Для цього з експериментально знайдених величин обчислюються різні поправки.
Багато в чому програмований аналіз не відрізняється від хроматографії при постійних умовах. Утримання як і раніше визначається розподілом молекул розчиненої речовини між двома хроматографічних фазами, а селективність системи, як і раніше, - різницею між коефіцієнтами розподілу розчинених речовин. Однак, якщо робочі умови змінюються, то з часом можуть змінитися і коефіцієнти розподілу, що призведе до зміни і утримування, і селективності.
Інший, не змішується з першим, розчинник (рухома фаза) пропускають через колонку. Розчинені речовини, розподіляючись між рухомим і нерухомим розчинниками, проходять вниз по колонці, утворюючи смуги, або зони, швидкість переміщення яких менше, ніж рухомого розчинника, і залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини.
Як перевірки закону розподілу розглянемо дані для йоду, розчиненого у воді і четиреххло-Рісто вуглеці. При проміжних концентраціях коефіцієнт розподілу йоду між обома фазами лежить в межах цього інтервалу досить близьких значень. Таким чином, коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками залишається в цьому випадку практично постійним навіть при високих концентраціях.
У деяких випадках взаємна розчинність двох речовин збільшується до повного взаємного їх змішання, в інших випадках розчинність обох речовин при підвищенні температури зменшується, або одного - зменшується, а іншого - збільшується. Так, наприклад, з підвищенням температури розчинність сірчаного ефіру у воді зменшується, а розчинність води в ефірі збільшується. У цьому випадку коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між водою і ефіром кілька знижується.
Теорія, розглянута в розд. В, корисна для розуміння хро-матографіческого процесу і передбачення ряду умов поділу. Вона не в силах, однак, пояснити добре відомий факт, що число тарілок р залежить від швидкості течії, а також той факт, що р залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома фазами. Важко прийняти таку фізичну модель, в якій рух рідини (або інший рухомий фази) складається з серії стрибків. У ній передбачається, що рідина залишається в одному шарі колонки (або тарілці) на досить довгий час для досягнення рівноваги з нерухомою фазою, потім миттєво пересувається в наступну тарілку,: і процес повторюється спочатку.
Метод розподілу одного або декількох розчинених речовин між двома несмешивающимися розчинниками, які циркулюють противотоком, відомий вже давно. Напівавтоматичне розподіл проводиться таюім чином, що частка кожного розчиненої речовини в будь-якій одиниці об'єму в будь-який оушмент часу відповідає даним члену розкладання відповідного бинома. Якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини не залежить від його концентрації, то, знаючи цей коефіцієнт, відносні обсяги фаз і числа перенесення, легко можна розрахувати концентрацію в кожній одиниці об'єму.
Один з нових прийомів, який тільки починає розвиватися, - багаторазова багатоступенева екстракція, так зване протитечійне розподіл білків. Воно грунтується на відмінності розподілу розчиненої речовини (в даному випадку - різних білків) між двома несмешивающимися рідкими фазами. Цей метод застосований був Крегом і іншими з великим успіхом для очищення безлічі низькомолекулярних речовин - коферментів, вітамінів, антибіотиків, алкалоїдів та ін. Стосовно до білків спочатку здавалося, що неможливо буде підібрати пари рідин, що не змішуються один з одним і разом з тим добре розчиняють білки . Щоб метод екстракції був ефективний, необхідно коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між рідкими фазами мати порядку одиниці.
Однак завдання такої попередньої обробки органічних речовин в загальному вигляді вперше були сформульовані Шеврелем, який застосував у своїх дослідженнях жирів майже всю сукупність методів, перерахованих Бутлеровим. Йому належить, зокрема, введення в практику хіміків-органіків фракційної перегонки. Не забарилися й технічні удосконалення в методах які в свою чергу благотворно позначилися на розвитку цієї частини органічного аналізу, а отже, і всієї органічної хімії. Досить добре відомий тип холодильника Лібіхак Правда, варто відзначити, що цей холодильник сконструйований, всупереч загальноприйнятій думці, Вейгелем (1771), а не Лібіх[9 с. Пізніше, в 50 - х роках, Вюрц ввів в практику дефлегматор, який з'явився предтечею сучасних багатоповерхових разгоноч-них колонок. Бертло і Юнгфлейш розробили метод екстракції рідини рідиною, ввівши поняття про коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома несмешивающимися рідинами.
Однак завдання такої попередньої обробки органічних речовин в загальному вигляді вперше були сформульовані Шеврелем, який застосував у своїх дослідженнях жирів майже всю сукупність методів, перерахованих Бутлеровим. Йому належить, зокрема, введення в практику хіміків-органіків фракційної перегонки. Чи не забарилися І технічні удосконалення в методах, які в свою чергу благотворно позначилися на розвитку цієї частини органічного аналізу, а отже, і всієї органічної хімії. Досить добре відомий тип холодильника Лібіха. Правда, варто відзначити, що цей холодильник сконструйований, всупереч загальноприйнятій думці, Вейгелем (1771), а не Лібіх[9 с. Пізніше, в 50 - х роках, Вюрц ввів в практику дефлегматор, який з'явився предтечею сучасних багатоповерхових разгоноч-них колонок. Бертло і Юнгфлейш розробили метод екстракції рідини рідиною, ввівши поняття про коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома несмешивающимися рідинами.
Як буде показано нижче, для кожного хроматографічного поділу існує оптимальна швидкість потоку, вище і нижче якої ефективність колонки, виміряна в ВЕТТ, зменшується. Отже, для максимальної ефективності колонки необхідно, щоб лінійна швидкість була по можливості постійної і по всій довжині колонки мала оптимальне значення. Таким чином, високе відношення тиску на вході до тиску на виході призводить до погіршення характеристики колонки. Якщо для пропускання газу через довгу щільно упаковану колонку необхідний високий тиск на вході, для зменшення перепаду тиску слід зробити звуження на виході. Конструкції більшості хроматографов не розраховані на такі тиску. В таких умовах лінійна швидкість газу по всій колонці практично постійна і набивка працює з прийнятною ефективністю по всій довжині колонки. Часто, однак, з практичних міркувань буває потрібно зменшити тривалість елюювання певного компонента. Це можна здійснити, збільшуючи тиск на вході або зменшуючи тиск на виході (або здійснюючи одночасно і те і інше); при цьому необхідно з'ясувати, що дає кращі результати. Крім того, при цьому градієнт швидкості по колонці зростає не так швидко. Робота при зниженому тиску на виході може привести до неефективного використання частини колонки. При роботі під частковим вакуумом чутливість термічних детекторів дещо покращується, але ця перевага зводиться нанівець тим фактом, що внаслідок коливання тиску важче підтримувати стійкою основну лінію. Крім того, немає ніяких підстав для поширеної думки про те, що хроматографія при зниженому тиску еквівалентна вакуумної перегонці, оскільки час утримування будь-якого компонента являє собою лише функцію швидкості потоку газу-носія і коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між рухомою і нерухомою фазами.
Коефіцієнт розподілу розчиненого речовини між нерухомою рідкою фазою і газом-носієм змінюється експоненціально зі зворотним значенням абсолютної температури, тому логарифм виправленого утримуваного обсягу залежить від величини, зворотної температурі, лінійно.
С - коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між рідкою і газовою фазами, /рі - частка обсягу колонки, яку займає рідиною, Fraa - Частка обсягу колонки, яку займає газом, df - товщина плівки рідини, ОЖІКК - коефіцієнт дифузії розчиненої речовини в рідкій фазі і та - швидкість потоку газу-носія. Для пористого твердого носія, який зазвичай і застосовують в газовій хроматографії, товщина плівки рідини пропорційна відношенню рідина - твердий носій набивання, і тому ефективність колонки, яка визначається висотою, еквівалентної одній теоретичної тарілці, повинна зменшуватися зі збільшенням кількості рідкої фази.
Показано, що коефіцієнт розподілу розчинених речовин залишається незмінним до деякої граничної концентрації поверхнево-активної речовини, а потім збільшується пропорційно концентрації. Для маноксола ВІД порогова концентрація становить 1 5%, і така, низька концентрація цієї сполуки, як 0 1%, вже забезпечує хорошу симетрію піку. Наведений факт може виявитися вельми корисним, оскільки Тенни[98]показав, що такі неполярні рідини, як силікон 703 конвойл-20 і конвахлор-12 більш ефективні для хроматографії-чеського поділу спиртів, ніж кисень розчинники.
Критерій подібності Ф3 характеризує коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома фазами.
Схема безперервного автоматичного екстрактора проточного типу. Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами - розчинниками. Якщо розчинена речовина забарвлене, екстракт також буде пофарбований, і за інтенсивністю забарвлення визначають тривалість екстрагування. Якщо речовина безбарвно, то повнота екстрагування визначається тільки часом, так як взяти пробу з приладу важко.
Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами-розчинниками. Якщо розчинена речовина забарвлене, екстракт також пофарбований, і за інтенсивністю його забарвлення визначають тривалість екстрагування. Якщо речовина безбарвно, то повнота екстрагування визначається тільки часом, так як взяти пробу рідини з приладу важко.
Інша причина - відмінність коефіцієнтів розподілу розчиненої речовини і розчинника в матриці мембрани, що породжує відмінність швидкостей дифузії компонентів, якщо перенесення здійснюється по дифузійному механізму.
Інша причина - відмінність коефіцієнтів розподілу розчиненої речовини і розчинника в матриці мембрани, що породжує відмінність швидкостей дифузії компонентів, якщо перенесення здійснюється за дифузійному механізму.
Знайдіть величину RF, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між нерухомою і рухомою фазами Р - р - 5 Рішення.
Розподільна хроматографія заснована на різниці коефіцієнтів розподілу розчинених речовин між двома несмешивающимися розчинниками, один з яких нерухомо розподілений в колонці, а інший рухається уздовж неї. Одним з варіантів розподільної хроматографії є так звана паперова хроматографія.
З другого рівняння випливає, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини в даній системі дорівнює відношенню його концентрацій в двох фазах.
Як видно з викладеного, значення коефіцієнтів розподілу розчинених речовин залежать від характеру взаємодії кожного компонента з рухомою і стаціонарними фазами. Тому при виборі оптимальних умов хроматографічного розділення вирішальна роль належить властивостям застосовуваних розчинників. Однак широкому вибору стаціонарних фаз і рухливих розчинників перешкоджає поки обмежене число високоякісних носіїв.
З розгляду різних рівноваг слід, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної, рідкої або газоподібної фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі.
З розгляду різних рівноваг видно, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної або рідкої фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі. Крім того, коефіцієнт розподілу газоподібного - речовини між двома розчинниками пропорційний відношенню його розчинність в цих двох розчинниках.
З розгляду різних рівноваг видно, що коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками дорівнює відношенню розчинність даного речовини (у вигляді кристалічної або рідкої фази) в двох розчинниках, якщо розчинність невеликі. Крім того, коефіцієнт розподілу газоподібного речовини між двома розчинниками пропорційний відношенню його розчинність в цих двох розчинниках.
З рівняння (4.3) випливає, що величина коефіцієнта розподілу розчиненої речовини залежить від ставлення його коефіцієнтів активності в двох фазах, в яких відбувається розподіл.
З теоретичних положень випливає, що значення коефіцієнтів розподілу розчинених речовин залежать від характеру взаємодії кожного компонента з рухомою і нерухомою фазами. Тому при виборі оптимальних умов хроматограмі-фического концентрування домішок визначальне значення мають властивості застосовуваних розчинників. Однак широкий вибір нерухомих фаз і рухливих розчинників поки обмежений числом високоякісних носіїв.
Сорбція розчиненої речовини зростає зі збільшенням концентрації, але коефіцієнт розподілу розчиненої речовини зазвичай зменшується внаслідок насичення мембрани при низьких концентраціях.
RF[см. уравнение ( 25 - 38) ]залежить від відносних кількостей контактуючих фаз і від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини. Для даних паперу і розчинника її значення визначається властивостями кожного розчиненої речовини. Для деяких змішаних розчинників спостерігаються два фронти: сухий і вологий. Величину RF можна розрахувати для кожного з цих фронтів, але для цього потрібно специфічний метод.
Зазвичай вважають, слідом за Мартіном і Сінджа[1], Що газо-рідина-ва розподільна хроматографія дає симетричні піки, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини в рідині, що знаходиться в колонці, не залежить від концентрації розчиненого речовини. Кейлеманс, Квантес і Зааль[3]також роблять висновок, що піки повинні бути симетричними, наближаючись до гауссовской кривої або до кривої помилок. Це дослідження, яке стосується пропілену і пропану на колонці з тріізобутіленом в якості нерухомої фази, показує, що асиметрія може бути помітною, незважаючи на лінійний характер ізотерми, і що ступінь асиметрії залежить як від концентрації розчиненого речовини, так і від природи газу-носія, але не залежить від температури колонки і швидкості газу-носія.
Розрахуйте частку розчиненої речовини А, екстрагується 50 мл чистого несмешивающимися з водою органічного розчинника з 100 мл водної фази, якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини DC дорівнює 80 і якщо А існує в кожній фазі у вигляді мономерной частки.
Сталість селективності можна пояснити тим, що в системі капролактам - вода одночасно зі зростанням концентрації в об'ємі розчину змінюється склад пов'язаного шару, але як товщина його, так і коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між цим шаром і розчином від зміни концентрації в останньому практично не залежать.
Сталість селективності (див. Рис. 4 - 15) можна пояснити, тим що в системі капролактам - вода одночасно зі зростанням концентрації в об'ємі розчину змінюється склад пов'язаного шару; його товщина, а також коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між цим прошарком і розчином практично не залежать від концентрації розчину. Залежність 2f (xi) екстраполюється в початок координат, а це свідчить про те, що в системі капролактам - вода обидва компонента мають здатність сорбувати на поверхні мембрани. Нахил прямої характеризує їх відносну здатність до сорбції.
Одним з найбільш цікавих прімгпепій закону розподілу є розподільна хроматографія Ч Розглянемо систему, що складається з двох есмсшііающіхся растнорон і містить певну кількість растнорепцих нещестн. Коефіцієнти розподілу розчинених речовин в загальному випадку різні, і при рівновазі деякі з них будуть концеитріронаться і одному розчиннику, а інші - а іншому. Дозволяючи розчину, який містить кілька спритних речовин, приходити н зіткнення з постійно оновлюються обсягами другого розчинника, можна досягти поділу розчинених неществ. Ефективність а того методу залежить від того, наскільки сильно відрізняються один від одного коефіцієнти розподілу.
Час поділу в свою чергу визначається великим числом змінних, починаючи з термодинамічних властивостей ЖХ-системи. Коефіцієнт розподілу розчинених речовин між рухомою і нерухомою фазами k визначає відношення обсягу до часу, необхідного для елюювання цього розчиненої речовини з хроматографічного шару (див. Розд. Хоча менші значення k дозволяють збільшувати навантаження в адсорбційної ЖХ (розд. При оптимізації коефіцієнта поділу а комбінацію рухомий і нерухомої фаз перш за все обирають так, щоб зробити максимальним відношення коефіцієнтів k, і потім прагнуть встановити найменше значення k, яке дозволяє працювати з хорошим навантаженням при прийнятному дозволі, оскільки це мінімізує витрати розчинника і загальний час поділу. На жаль, у багатьох випадках важкого поділу (а1 3) збільшення часу поділу і витрати розчинника є звичайною платою за досягнення необхідного результату. При заданій кількості зразка поділ можна виконати або шляхом його повторення кілька разів з використанням малої навантаження на колонці малого обсягу (висока ефективність на одиницю довжини), або за один пробіг при повному навантаженні на колонці великого обсягу (та ж загальна ефективність, але велика ємність, см. розд. Навіть в останньому випадку, який зазвичай оптимальний, може знадобитися більше часу для того, щоб розділити необхідну кількість зразка.
Схема приладу для екстрагування. Екстракт весь час стікає назустріч пару. Тривалість екстрагування залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома рідинами - розчинниками.
Слід врахувати також кількість рідкої фази в колонці. Тоді можна розрахувати питому утримуваний обсяг або величину коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежать тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
Інша обставина, яку необхідно враховувати, полягає в тому, що обсяги дозатора і детектора, а також вільний об'єм колонки входять в невиправлені величину утримуваного обсягу, а отже, змінюються зі зміною типу хроматографа. Знаючи кількість рідкої фази в колонці, можна розрахувати питому утримуваний обсяг або коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежить тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
У дослідженому діапазоні властивості розчинника змінюються в дуже широких межах. Уже при 200 ата властивості води і пари на лінії насичення сильно зближуються і відповідно зростає коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між парою й водою.
Інша обставина, яку необхідно враховувати, полягає в тому, що обсяги дозатора і детектора, а також вільний об'єм колонки входять в невиправлені величину утримуваного обсягу, а отже, змінюються зі зміною типу хроматографа. Прийнявши до уваги також кількість рідкої фази в колонці, можна розрахувати питому утримуваний обсяг або величину коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між розчинником і газом-носієм, що залежить тільки від природи проби, розподіляє системи і температури.
При високій температурі (360 - 370) полярні властивості рідкої води настільки ослаблені (е 11 - 10), що і у водних розчинах дисоціація таких електролітів, як Nad або КС1 може бути сильно пригніченою, особливо при значній концентрації розчину. До жаль, дані по значеннях константи дисоціації при високих температурах води вельми обмежені і це не дозволяє обчислювати коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між фазами розчинника з урахуванням форми існування сполуки у воді.
Особливо складний процес поділу тих речовин, коефіцієнти розподілу яких відмінні від нуля і близькі за величиною; в цих випадках необхідно залучити техніку багатоступінчастого фракціонування. По суті, немає принципових відмінностей в техніці багатоступінчастого і одноступінчастого поділу; обидва вони засновані на різниці в коефіцієнтах розподілу розчиненої речовини в двох фазах. Однак слід врахувати два фактори, які роблять фракціонування найбільш ефективним методом поділу. По-перше, значно збільшується час зіткнення обох фаз; по-друге, в процесі фракціонування оновлюються обидві фази. Останнє є відмінною рисою фракціонування в порівнянні з вичерпною екстракцією; хоча в останньому випадку забезпечується безліч контактів між фазами, але оновлюється лише одна фаза.
Гардона іМейсон[45]вивели рівняння, що показує, що крива залежності логарифма спостережуваного осмотичного тиску від часу після деякого моменту переходить в пряму, яку можна екстраполювати до нульового часу. Істинне значення осмотичного тиску виходить коригуванням цього екстраполювати значення з урахуванням швидкостей переносу розчиненої речовини і розчинника крізь мембрану і коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між мембраною і розчинником. Всі ці поправки можуть бути отримані з експериментально визначених величин.
Теоретично показано[71], Що після певного (- 1 - 1 5 години) часу вимірювання крива залежності логарифма осмотичного тиску від часу являє собою пряму, яка може бути екстрапольована до нульового часу вимірювання. Істинне значення початкового осмотичного тиску обчислюється шляхом виправлення екстраполювати значення з урахуванням швидкості переходу розчиненої речовини і розчинника через мембрану і з урахуванням коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між мембраною і розчинником. Для цього з експериментально знайдених величин обчислюються різні поправки.
Багато в чому програмований аналіз не відрізняється від хроматографії при постійних умовах. Утримання як і раніше визначається розподілом молекул розчиненої речовини між двома хроматографічних фазами, а селективність системи, як і раніше, - різницею між коефіцієнтами розподілу розчинених речовин. Однак, якщо робочі умови змінюються, то з часом можуть змінитися і коефіцієнти розподілу, що призведе до зміни і утримування, і селективності.
Інший, не змішується з першим, розчинник (рухома фаза) пропускають через колонку. Розчинені речовини, розподіляючись між рухомим і нерухомим розчинниками, проходять вниз по колонці, утворюючи смуги, або зони, швидкість переміщення яких менше, ніж рухомого розчинника, і залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини.
Як перевірки закону розподілу розглянемо дані для йоду, розчиненого у воді і четиреххло-Рісто вуглеці. При проміжних концентраціях коефіцієнт розподілу йоду між обома фазами лежить в межах цього інтервалу досить близьких значень. Таким чином, коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома розчинниками залишається в цьому випадку практично постійним навіть при високих концентраціях.
У деяких випадках взаємна розчинність двох речовин збільшується до повного взаємного їх змішання, в інших випадках розчинність обох речовин при підвищенні температури зменшується, або одного - зменшується, а іншого - збільшується. Так, наприклад, з підвищенням температури розчинність сірчаного ефіру у воді зменшується, а розчинність води в ефірі збільшується. У цьому випадку коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між водою і ефіром кілька знижується.
Теорія, розглянута в розд. В, корисна для розуміння хро-матографіческого процесу і передбачення ряду умов поділу. Вона не в силах, однак, пояснити добре відомий факт, що число тарілок р залежить від швидкості течії, а також той факт, що р залежить від коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між двома фазами. Важко прийняти таку фізичну модель, в якій рух рідини (або інший рухомий фази) складається з серії стрибків. У ній передбачається, що рідина залишається в одному шарі колонки (або тарілці) на досить довгий час для досягнення рівноваги з нерухомою фазою, потім миттєво пересувається в наступну тарілку,: і процес повторюється спочатку.
Метод розподілу одного або декількох розчинених речовин між двома несмешивающимися розчинниками, які циркулюють противотоком, відомий вже давно. Напівавтоматичне розподіл проводиться таюім чином, що частка кожного розчиненої речовини в будь-якій одиниці об'єму в будь-який оушмент часу відповідає даним члену розкладання відповідного бинома. Якщо коефіцієнт розподілу розчиненої речовини не залежить від його концентрації, то, знаючи цей коефіцієнт, відносні обсяги фаз і числа перенесення, легко можна розрахувати концентрацію в кожній одиниці об'єму.
Один з нових прийомів, який тільки починає розвиватися, - багаторазова багатоступенева екстракція, так зване протитечійне розподіл білків. Воно грунтується на відмінності розподілу розчиненої речовини (в даному випадку - різних білків) між двома несмешивающимися рідкими фазами. Цей метод застосований був Крегом і іншими з великим успіхом для очищення безлічі низькомолекулярних речовин - коферментів, вітамінів, антибіотиків, алкалоїдів та ін. Стосовно до білків спочатку здавалося, що неможливо буде підібрати пари рідин, що не змішуються один з одним і разом з тим добре розчиняють білки . Щоб метод екстракції був ефективний, необхідно коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між рідкими фазами мати порядку одиниці.
Однак завдання такої попередньої обробки органічних речовин в загальному вигляді вперше були сформульовані Шеврелем, який застосував у своїх дослідженнях жирів майже всю сукупність методів, перерахованих Бутлеровим. Йому належить, зокрема, введення в практику хіміків-органіків фракційної перегонки. Не забарилися й технічні удосконалення в методах які в свою чергу благотворно позначилися на розвитку цієї частини органічного аналізу, а отже, і всієї органічної хімії. Досить добре відомий тип холодильника Лібіхак Правда, варто відзначити, що цей холодильник сконструйований, всупереч загальноприйнятій думці, Вейгелем (1771), а не Лібіх[9 с. Пізніше, в 50 - х роках, Вюрц ввів в практику дефлегматор, який з'явився предтечею сучасних багатоповерхових разгоноч-них колонок. Бертло і Юнгфлейш розробили метод екстракції рідини рідиною, ввівши поняття про коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома несмешивающимися рідинами.
Однак завдання такої попередньої обробки органічних речовин в загальному вигляді вперше були сформульовані Шеврелем, який застосував у своїх дослідженнях жирів майже всю сукупність методів, перерахованих Бутлеровим. Йому належить, зокрема, введення в практику хіміків-органіків фракційної перегонки. Чи не забарилися І технічні удосконалення в методах, які в свою чергу благотворно позначилися на розвитку цієї частини органічного аналізу, а отже, і всієї органічної хімії. Досить добре відомий тип холодильника Лібіха. Правда, варто відзначити, що цей холодильник сконструйований, всупереч загальноприйнятій думці, Вейгелем (1771), а не Лібіх[9 с. Пізніше, в 50 - х роках, Вюрц ввів в практику дефлегматор, який з'явився предтечею сучасних багатоповерхових разгоноч-них колонок. Бертло і Юнгфлейш розробили метод екстракції рідини рідиною, ввівши поняття про коефіцієнт розподілу розчиненої речовини між двома несмешивающимися рідинами.
Як буде показано нижче, для кожного хроматографічного поділу існує оптимальна швидкість потоку, вище і нижче якої ефективність колонки, виміряна в ВЕТТ, зменшується. Отже, для максимальної ефективності колонки необхідно, щоб лінійна швидкість була по можливості постійної і по всій довжині колонки мала оптимальне значення. Таким чином, високе відношення тиску на вході до тиску на виході призводить до погіршення характеристики колонки. Якщо для пропускання газу через довгу щільно упаковану колонку необхідний високий тиск на вході, для зменшення перепаду тиску слід зробити звуження на виході. Конструкції більшості хроматографов не розраховані на такі тиску. В таких умовах лінійна швидкість газу по всій колонці практично постійна і набивка працює з прийнятною ефективністю по всій довжині колонки. Часто, однак, з практичних міркувань буває потрібно зменшити тривалість елюювання певного компонента. Це можна здійснити, збільшуючи тиск на вході або зменшуючи тиск на виході (або здійснюючи одночасно і те і інше); при цьому необхідно з'ясувати, що дає кращі результати. Крім того, при цьому градієнт швидкості по колонці зростає не так швидко. Робота при зниженому тиску на виході може привести до неефективного використання частини колонки. При роботі під частковим вакуумом чутливість термічних детекторів дещо покращується, але ця перевага зводиться нанівець тим фактом, що внаслідок коливання тиску важче підтримувати стійкою основну лінію. Крім того, немає ніяких підстав для поширеної думки про те, що хроматографія при зниженому тиску еквівалентна вакуумної перегонці, оскільки час утримування будь-якого компонента являє собою лише функцію швидкості потоку газу-носія і коефіцієнта розподілу розчиненої речовини між рухомою і нерухомою фазами.