Пришло время серьезно поговорить о роли потока во флэш-хроматографии и препаративной ВЭЖХ и о том, какое влияние оказывает скорость потока на эффективность колонки. В этой статье я поделюсь с вами примерами, демонстрирующими, какие разрушительные эффекты может создавать слишком низкая или слишком высокая скорость потока. Данная статья позволит вам получить представление о влиянии скорости подвижной фазы на разрешение в процессе хроматографического разделения.

В прошлые выходные я навещал свою сестру, и мы просматривали с ней семейные видеозаписи. На одном из этих видео был мой племянник, тогда еще совсем ребенок, он помогал поливать сад. У него была очень маленькая лейка, и он старательно бегал взад и вперед от шланга до тех уголков сада, до которых брызги воды не долетали.

Все было хорошо, пока он не решил отрегулировать поток воды. Он подбежал к крану и подал слишком большой напор. Настолько мощный, что шланг начал разбрызгивать воду повсюду, заливая все подряд, кроме маленькой лейки. Мой племянник мудро закрутил кран обратно и снизил напор воды, но, похоже, несколько перестарался. До конца этого видео несчастный мальчик наблюдал, как тонкая струйка воды медленно наполняет его лейку.

Я уделю этому эпизоду еще немного времени, ему, конечно, удалось набрать воды в лейку, но, должно быть, он потратил целый день, чтобы ее наполнить. Улыбаясь приключениям нашего маленького садовника, я думал о том, насколько поток жидкости важен не только для эффективного полива садового участка, но и для эффективной флэш-хроматографии.

Поскольку в последнее время мы обсуждали с вами тему эффективности колонок, описанный пример – отличный повод познакомить вас со скоростью потока и с тем, как она влияет на разрешение. На самом деле, если вы читали предыдущие статьи блога, вы помните, что я уже знакомил вас с темой эффективности в общем виде и с уравнением Ван-Деемтера. Давайте теперь рассмотрим это уравнение более детально:

Математическое выражение состоит из трех основных элементов.

Первая переменная (A) определяет перенос масс, он описывает различные возможные длины путей, которые аналит может пройти сквозь неподвижную фазу. Значение этой переменной уменьшается, если заполнение колонки поддерживается на минимальном уровне. Минимизировать заполнение колонки также можно за счет использования материала неподвижной фазы с маленьким размером частиц, которые плотно и равномерно упакованы в колонке.

Вторая переменная (B) описывает продольную диффузию, которая происходит в системе.

Третья переменная (C) описывает перенос масс между неподвижной и подвижной фазами. Другими словами, этот показатель отражает скорость адсорбции и десорбции аналита неподвижной фазой.

В хроматографической системе, в которой аналит, неподвижная и подвижная фаза остаются постоянными, скорость потока или скорость подвижной фазы можно оптимизировать для повышения эффективности колонки.

На что следует обратить внимание при оптимизации скорости потока?

Как видно на графике ниже, высота теоретической тарелки H достигает минимального значения при определенной линейной скорости потока, а затем снова увеличивается при увеличении этой скорости.

Эту загадочную связь любви и ненависти между скоростью потока и высотой теоретической тарелки объясняют переменные уравнения Ван-Деемтера. Преимущественно для более низких скоростей подвижной фазы эффективность колонки ограничена продольной диффузией, а при более высоких скоростях высота теоретической тарелки ограничена двумя условиями массообмена.

Учтите следующее:

Если скорость потока слишком низкая, коэффициент продольной диффузии (B/u) значительно увеличится, соответственно, увеличивается высота теоретической тарелки. При низких скоростях потока аналит дольше задерживается в колонке, поэтому продольная диффузия становится существенной проблемой. Что вполне логично, и, наоборот, чем меньше времени аналит проводит в колонке, тем меньше времени для продольной диффузии.

Однако при высоких скоростях потока адсорбция аналита на неподвижной фазе приводит к тому, что некоторое количество образца запаздывает. Если скорость потока слишком низкая или слишком высокая, происходит расширение пиков, что проиллюстрировано на графике ниже.

Если соседние пики слишком широкие, они будут перекрываться, что приведет к плохому разрешению и неполному разделению. В то время как, узкие, симметричные Гауссовы пики являются предметом мечтаний каждого хроматографиста.

На эффект расширения пика в значительной степени влияют продольная и вихревая диффузия, а также увеличение переноса масс в неподвижной и подвижной фазах. Естественно, этого явления следует избегать. Выбор подходящей скорости пока, которая будет не слишком высокой, не слишком низкой, является важным шагом к улучшению хроматографических пиков.

Но имейте в виду, что, даже подобрав такое значение скорости потока, которое минимизирует высоту теоретической тарелки, замедление скорости потока приведет к более длительному времени разделения. На практике мы должны балансировать между затраченным временем и качеством разрешения, т.е.

необходимо найти компромисс между временем разделения и эффективностью колонки.

Так вкратце можно рассказать все о потоке и его влиянии на эффективность колонки.

Если вы чувствуете себя немного потерянными, прочитав эту статью, возможно, вам будет полезно вернуться на несколько тем назад в нашем блоге. Сейчас я углубился в данную тему, исходя из того, что уже дал вам некоторую информацию об эффективности колонок в предыдущих публикациях, в том числе о том, что такое эффективность колонок  и как вы можете повлиять на этот фактор. Перечитайте эти статьи и следите за обновлениями.

До новых встреч,