Почему коэффициент удержания надо держать под контролем

В хроматографии всегда существует необходимость достичь оптимального баланса между разрешением, временем, затраченными на проведение процесса, и стоимостью расходных материалов. Коэффициент удержания тоже является частью этого баланса. Идеальный диапазон коэффициента удержания позволяет проводить хроматографию с высоким разрешением при приемлемых затратах времени и ресурсов. Чтобы узнать, что такое коэффициент удержания и почему значения этого параметра очень важные, читайте мой пост далее.

На улице становится все холоднее, и мои мысли заняты тем, чем бы заняться дома долгими вечерами и в выходные. И вот я придумал себе хобби – живопись. Хроматография – очень красочная наука, а что может быть красочнее живописи? Ну, а поскольку я новичок, я отправился в магазин, чтобы выбрать краски, кисти и холст.

Сначала мне хотелось купить большой холст. Я предполагал, что мой будущий пейзаж будет выглядеть очень красиво, с четко прорисованными деталями в хорошем разрешении, и я повешу его на стене у себя дома. Но затем я начал думать о том, сколько же времени мне придется затратить, чтобы написать такую большую картину. Затем я начал подсчитывать, сколько красок мне потребуется для такого большого полотна, и сколько денег в итоге мне придется потратить, чтобы закончить свое творение.

Поэтому я выбрал холст поменьше.

На самом деле, живопись и   имеют больше общего, чем просто изобилие цвета. Как в хроматографии необходимо достичь тонкого баланса между высоким разрешением, затраченными ресурсами и временем, точно так же и в живописи: чем больше холст, и чем чётче прорисовано изображение, тем больше требуется красок и времени, чтобы создать картину с хорошим разрешением.

Примем коэффициент удержания (k) за параметр, указывающий, где такой баланс является ключом к оптимизированному процессу хроматографии.

Проще говоря, коэффициент удержания – это отношение количества времени, которое аналит проводит в неподвижной фазе, к количеству времени, которое аналит проводит в подвижной фазе. Чем сильнее аналит взаимодействует с поверхностью неподвижной фазы, тем дольше задерживается в ней, и тем выше коэффициент удержания.

Существует несколько способов, позволяющих управлять коэффициентом удержания:

Первый вариант – изменение состава подвижной фазы – является самым простым способом воздействовать на коэффициент удержания. Чтобы увеличить коэффициент удержания, часто используют более ”слабые” растворители. Чем хуже аналит растворяется в элюенте, тем дольше его молекулы взаимодействуют с неподвижной фазой, и тем больше требуется времени для проведения хроматографии.

Это звучит достаточно просто, однако как вы можете определить значение коэффициента удержания, которое подходит для работы с вашими образцами?

Наилучшее разрешение обычно наблюдается при коэффициенте удержания от 1 до 5. Если значение k меньше 1, аналит будет вымываться вместе с другими компонентами образца или вместе с элюентом. При значениях k выше 5 происходит лишь минимальное разделение.

Это видно по нелинейной зависимости между разрешением и коэффициентом удержания:

efficiency, selectivity, retention, resolution, chromatography, prep HPLC, flash chromatography, preparative chromatography

Отсюда мы можем увидеть, что разрешение (Rs), представленное функцией k/(1+k), будет увеличиваться с увеличением k, но нелинейно.

Нелинейную связь между разрешением и коэффициентом удержания также можно отобразить графически (перейдите по ссылке: http://www.chromacademy.com/lms/sco2/Theory_Of_HPLC_Chromatographic_Parameters.pdf):

resolution, retention factor, chromatography, flash chromatography, preperative chromatography, prep HPLC

Для более сложных смесей полезные значения коэффициента удержания обычно находятся в диапазоне 2<k<10.

Почему так? Как показано на графике выше, когда коэффициент удержания превышает значение, равное приблизительно 10, дальнейшее увеличение этого показателя приводит лишь к незначительному улучшению разрешения. Например, если исходное значение k равно 1, то увеличение значения этого коэффициента до 10 позволит увеличить разрешения на 82%. Тогда как увеличение коэффициента удержания от 1 до 15 обеспечивает увеличение разрешения на 87,5%.

Теоретически вы можете продолжить увеличивать коэффициент удержания по своему усмотрению. Но важно помнить, что более высокие значения k обходятся достаточно дорого. Это так же, как и с расходом красок и времени при написании пейзажа с хорошим разрешением на большом холсте.

В то время как автоматизация позволяет сэкономить время при проведении хроматографии, более высокие значения k замедляют процесс разделения. Более того, чем больше времени вы затрачиваете на проведение хроматографии, тем шире становятся пики, что может вызвать проблемы для некоторых применений.

Меньшие значения k позволяют сократить время проведения хроматографии и количество используемого растворителя. Чем меньше растворителя вы используете, тем дешевле вам обходится выполнение работы, а также сокращаются затраты, связанные с подготовкой и утилизацией используемых растворителей.

Учитывая все вышесказанное, наилучший баланс между достижением хорошего разрешения и затратами времени и растворителя наблюдается при коэффициенте удержания в диапазоне значений:

retention factor range, resolution, chromatogrphy, flash chromatography, preperative chromatography, prep HPLC, liquid chromatography

Если вам не удалось достичь желаемого разрешения при значениях k выше 10, попробуйте увеличить селективность или эффективность вашего хроматографического процесса. Об этих факторах вы можете прочитать в предыдущих статьях этого блога.

Надеюсь, мне удалось нарисовать для вас четкое представление о коэффициенте удержания и о том, как оптимизировать его значение для выполнения вашей флэш-хроматографии или препаративной ВЭЖХ. Если вы хотите узнать больше о разрешении в целом, посмотрите мою предыдущий статью в блоге на эту тему. Приятного прочтения, и оставайтесь красочными и теплосердечными.

До новых встреч,