Калькулятор хроматографії

Хроматографія - це фізико-хімічний метод розділення та аналізу сумішей речовин, заснований на розподілі компонентів між двома фазами: нерухомою (адсорбент, гель, рідина на носії) та рухомою (елюент, газ-носій). Метод винайдений російським ботаніком М.С. Цвєтом у 1903 році при розділенні рослинних пігментів. Існує багато видів хроматографії: рідинна (ВЕРХ - високоефективна рідинна хроматографія), газова (ГХ), тонкошарова (ТШХ), паперова, іонообмінна, афінна, гель-проникна, надкритична флюїдна. Основні параметри хроматографії: час утримування (retention time) - час від моменту введення проби до виходу піку компонента; коефіцієнт ємності k' характеризує взаємодію речовини з нерухомою фазою; коефіцієнт розділення α показує селективність системи до двох сусідніх компонентів; число теоретичних тарілок N характеризує ефективність колонки; роздільна здатність R показує якість розділення піків. ВЕРХ є найпопулярнішим методом аналізу в фармацевтиці, їжевій промисловості, екології. Газова хроматографія незамінна для аналізу летких органічних сполук. Хроматографія-мас-спектрометрія (ГХ-МС, ВЕРХ-МС) поєднує розділення з точною ідентифікацією. Наш калькулятор дозволяє обчислювати основні хроматографічні параметри для оптимізації методик розділення та контролю якості аналізу.

Калькулятор хроматографії

Коефіцієнт ємності k'

Час утримування неутримуваної речовини

Основні формули хроматографії

Коефіцієнт ємності (capacity factor)

k' = (tR - t0) / t0

де:
tR - час утримування компонента (хв)
t0 - мертвий час (час проходження неутримуваної речовини)

Оптимальне значення: 2 < k' < 10

Коефіцієнт селективності (separation factor)

α = k'2 / k'1 = (tR2 - t0) / (tR1 - t0)

де:
k'2, k'1 - коефіцієнти ємності компонентів (k'2 > k'1)
tR2 > tR1

Для розділення потрібно: α > 1

Число теоретичних тарілок (efficiency)

N = 16 (tR / W)2 = 5.54 (tR / W1/2)2

де:
W - ширина піку у основи (хв)
W1/2 - ширина на половині висоти піку (хв)

Висота еквівалентна теоретичній тарілці:
H = L / N (см)

Типові значення N: 5000-50000 для ВЕРХ колонок

Роздільна здатність (resolution)

Rs = 2(tR2 - tR1) / (W1 + W2)

Rs = (√N / 4) · (α - 1) / α · k'2 / (1 + k'2)

Критерії розділення:
Rs > 1.5 - базове розділення (99.7%)
Rs = 1.0 - розділення 98%
Rs < 0.8 - піки перекриваються

Рівняння Ван-Деємтера

H = A + B/u + C·u

де:
H - висота еквівалентна теоретичній тарілці (HETP)
u - лінійна швидкість рухомої фази
A - внесок вихрової дифузії
B - внесок поздовжньої дифузії
C - внесок опору масопереносу

Об'єм утримування

VR = tR · F
V0 = t0 · F

де:
F - об'ємна швидкість потоку (мл/хв)
VR - об'єм утримування (мл)

Застосування хроматографії

Високоефективна рідинна хроматографія (ВЕРХ/HPLC)

  • Фармацевтика - аналіз чистоти лікарських препаратів, домішок, деградантів
  • Якість харчових продуктів - вітаміни, консерванти, барвники, пестициди
  • Екологія - забруднювачі води, ґрунту, повітря
  • Біохімія - білки, пептиди, нуклеотиди, амінокислоти

Газова хроматографія (ГХ/GC)

  • Нафтохімія - аналіз складу нафти, бензину, газів
  • Токсикологія - виявлення наркотиків, алкоголю, отрут
  • Екологічний моніторинг - ЛОС (леткі органічні сполуки)
  • Харчова промисловість - ароматичні речовини, жирні кислоти

Іонообмінна хроматографія (IEC)

  • Аналіз іонів - аніони (Cl⁻, NO₃⁻, SO₄²⁻), катіони (Na⁺, K⁺, Ca²⁺)
  • Біохімія - очищення білків (заряд), амінокислот
  • Якість води - питна вода, стічні води

Гель-проникна хроматографія (GPC/SEC)

  • Полімери - визначення молекулярно-масового розподілу
  • Білки - розділення за розміром без денатурації
  • Знесолення - видалення солей з білкових розчинів

Афінна хроматографія

  • Очищення ферментів - специфічна взаємодія з лігандом
  • Антитіла - очищення моноклональних антитіл (білок А/G колонки)
  • Рецептори - виділення білків-рецепторів

Тонкошарова хроматографія (ТШХ/TLC)

  • Експрес-аналіз - швидка перевірка чистоти, ідентифікація
  • Контроль реакцій - органічний синтез
  • Рослинні екстракти - фітохімія, фармакогнозія

Практичне значення та контекст

Де застосовується

Інструменти даного типу широко застосовуються в освіті, науці та інженерній практиці. Студенти використовують їх для перевірки домашніх та контрольних завдань, розуміння методів розв'язання та самоперевірки. Викладачі — для ілюстрації методів на лекціях і лабораторних. Інженери та науковці — для швидких оціночних розрахунків і верифікації результатів спеціалізованого програмного забезпечення. Простота доступу через браузер робить ці калькулятори незамінним інструментом як у навчальному процесі, так і в практичній роботі.

Часті запитання (FAQ)

У чому різниця між ВЕРХ та ГХ?
ВЕРХ (HPLC) використовує рідку рухому фазу під високим тиском (до 400 атм), підходить для термолабільних, нелетких, іонних речовин. Діапазон: від малих молекул до білків (100 кДа). ГХ (GC) використовує газ-носій (He, N₂), підходить тільки для летких речовин (температура кипіння < 400°C). ГХ має вищу ефективність (N > 100000), але обмежений застосуванням. ВЕРХ універсальніша, аналізує ~80% органічних сполук.
Що таке градієнтне елюювання?
Градієнтне елюювання - зміна складу рухомої фази під час аналізу (наприклад, від 5% до 95% ацетонітрилу у воді). Переваги: краще розділення компонентів з різною полярністю, вужчі піки, менший час аналізу. Ізократичне елюювання - постійний склад рухомої фази, простіше, але довше для складних сумішей. Градієнт використовують для пептидів, білків, природних сполук.
Як вибрати колонку для ВЕРХ?
Критерії вибору:
1) Тип сорбенту: C18 (найпопулярніша, неполярні сполуки), C8 (менш гідрофобна), NH₂, CN (нормально-фазна), іонообмінна
2) Розмір частинок: 5 мкм (стандарт), 3 мкм (краще розділення), Sub-2 мкм (UPLC, дуже висока ефективність)
3) Розміри колонки: 250×4.6 мм (стандарт), 150×4.6 мм (швидше), 50×2.1 мм (мікробор)
4) Розмір пор: 100Å (малі молекули), 300Å (білки). Універсальна колонка: C18, 5 мкм, 250×4.6 мм.
Що таке мертвий час t₀?
Мертвий час (t₀, void time) - час проходження через колонку речовини, яка зовсім не утримується сорбентом. Це час заповнення міжчастинкового об'єму рухомою фазою. Вимірюється інжекцією неутримуваного маркера: для зворотно-фазної ВЕРХ - урацил, тіоурацил, KNO₃; для ГХ - метан, повітря. Мертвий об'єм V₀ = t₀ · F. Знання t₀ потрібне для розрахунку k', α та інших параметрів.
Чому розширюються піки?
Причини розширення піків (band broadening):
1) Поздовжня дифузія (B/u) - молекули дифундують вздовж колонки, більший ефект при малих швидкостях
2) Вихрова дифузія (A) - нерівномірність упаковки, молекули проходять різні шляхи
3) Масоперенос (C·u) - повільна дифузія між рухомою та нерухомою фазами, більший ефект при високих швидкостях
4) Позаколонкове розширення - мертвий об'єм трубок, детектора
Оптимальна швидкість (мінімум H) визначається з рівняння Ван-Деємтера: dH/du = 0.
Які детектори використовуються у хроматографії?
ВЕРХ: УФ-детектор (найпопулярніший, 190-400 нм, для сполук з хромофорами), рефрактометричний (універсальний, але низька чутливість), флуоресцентний (висока чутливість для флуорофорів), мас-спектрометричний (ідентифікація структури), електрохімічний (окислювані речовини). ГХ: полум'яно-іонізаційний (FID, універсальний для органіки), термокондуктометричний (TCD, гази), електронного захоплення (ECD, галогени), мас-спектрометричний (GC-MS, ідентифікація).

📁 Категорія: Хімія

📚 Читайте також: Хроматографія: методи розділення сумішей