Неподвижные и подвижные фазы

Основные понятия

Хроматографические методы анализа основаны на взаимодействии компонентов смеси с двумя фазами: неподвижной (стационарной) и подвижной (мобильной). Неподвижная фаза обеспечивает селективное распределение веществ, удерживая их на различное время, в то время как подвижная фаза переносит анализируемые компоненты через систему. Эффективность разделения напрямую зависит от природы и свойств этих фаз, а также от их взаимного взаимодействия.

Неподвижная фаза

Неподвижная фаза представляет собой материал, который остаётся фиксированным в колонке или на поверхности пластин. Она может быть твердым сорбентом, жидкостью, закрепленной на носителе, или комбинацией этих форм. Основные характеристики неподвижной фазы:

• Полярность: определяет предпочтительное удержание компонентов смеси. Полярные фазы лучше удерживают полярные вещества, неполярные — неполярные.
• Поверхностная энергия и пористость: увеличивают взаимодействие с молекулами аналитов, повышая разрешающую способность.
• Химическая стабильность: обеспечивает возможность многократного использования без деградации свойств.

Примеры неподвижных фаз включают силикагель, оксид алюминия, полиамидные покрытия и различные полимерные пленки. В жидкостной хроматографии неподвижной фазой могут быть микрокапли жидкого сорбента, закрепленные на инертном носителе.

Подвижная фаза

Подвижная фаза — это растворитель или смесь растворителей, которые перемещаются через колонку или по поверхности сорбента, обеспечивая перенос компонентов. Характеристики подвижной фазы:

• Растворяющая способность: определяет, насколько эффективно компоненты будут смещаться относительно неподвижной фазы.
• Полярность и состав: изменение соотношения растворителей позволяет управлять временем удерживания и разрешающей способностью.
• Давление и температура: влияют на вязкость и скорость движения, особенно в высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Для газовой хроматографии подвижной фазой служит инертный газ (гелий, азот), а для жидкостной — различные органические или водные смеси.

Взаимодействие фаз

Разделение основано на различной степени адсорбции, распределения и растворимости компонентов между фазами. Молекулы аналита перемещаются с подвижной фазой и одновременно взаимодействуют с неподвижной. Величина удерживания зависит от:

• Химической сродственности к неподвижной фазе. Более полярные вещества сильнее удерживаются на полярных сорбентах.
• Полярности подвижной фазы. С увеличением полярности растворителя уменьшается удерживание полярных веществ на полярной неподвижной фазе.
• Температурного режима. Для газовой хроматографии повышение температуры уменьшает время удерживания компонентов.

Классификация систем фаз

Хроматографические системы делят на несколько типов в зависимости от природы фаз:

1. Адсорбционная хроматография: твердая неподвижная фаза, жидкость или газ — подвижная. Разделение за счет адсорбции.
2. Распределительная хроматография: жидкая неподвижная фаза на носителе, подвижная фаза — растворитель. Разделение за счет растворимости.
3. Ионообменная хроматография: неподвижная фаза содержит функциональные группы, способные обмениваться ионами с компонентами смеси.
4. Гель-хроматография (молекулярное сито): разделение по размеру молекул, неподвижная фаза — пористый гель.

Выбор фаз для анализа

Эффективность разделения зависит от соответствия фаз и свойств анализируемых веществ. Полярные аналиты лучше разделяются на полярных сорбентах с неполярными растворителями, а неполярные вещества — на неполярных фазах с полярными растворителями. Оптимизация подвижной фазы позволяет добиться высокой селективности и короткого времени анализа.

Влияние фаз на параметры хроматографического процесса

Ключевые показатели эффективности хроматографии зависят от характеристик фаз:

• Время удерживания (t₀, tᵣ): определяется взаимодействием аналита с неподвижной фазой.
• Разрешающая способность (Rₛ): увеличивается при оптимальном соотношении полярностей фаз и равномерной подвижности.
• Эффективность колонки (N, HETP): зависит от однородности неподвижной фазы, минимизации диффузионных потерь и равномерного потока подвижной фазы.

Использование качественно подобранных фаз обеспечивает точность, воспроизводимость и чувствительность аналитического метода.