Использование модели теоретических тарелок для компьютерного прогнозирования характеристик хроматографического разделения

Е.А. Петрук, А.В. Лавренов, Омский государственный университет, кафедра химии нефти и аналитической химии,

1. Постановка задачи

Классическая модель [1] ("теория тарелок") была создана для объяснения процесса разделения веществ в хроматографической колонке. Так как эта модель рассчитана для весьма идеализированного случая линейной равновесной хроматографии [2], то после появления более общих и гораздо более сложных моделей (см.обзор [3]) теория тарелок применяется ограниченно, в основном для учебных целей. В частности, с ее помощью на качественном уровне объясняют форму хроматографического пика, демонстрируют влияние различных факторов на качество разделения двух веществ и т.п.[4]. При этом вопрос, можно ли с помощью модели [1] точно предсказывать времена удерживания и другие характеристики хроматографического разделения реальных смесей, не рассматривается [3].

Ранее в ОмГУ для учебных целей авторами этой статьи была разработана программа "Сhromat", позволяющая моделировать на ПЭВМ хроматографическое разделение смесей и демонстрировать (с применением эффекта мультипликации) постепенное разделение компонентов смеси по мере продвижения их по длине колонки [5]. Алгоритмы этой программы основаны на модели [1] в элюционном варианте хроматографического процесса. Цель настоящей работы - проверить, можно ли использовать алгоритмы типа [1] и основанные на них программы для прогнозирования реальных хроматограмм, насколько точно при этом предсказываются времена удерживания компонентов. При благоприятном результате проверки в дальнейшем можно было бы выявить граничные условия адекватного прогноза.

Для проверки были использованы реальные смеси различного состава (н-углеводороды, алкилбензолы, пестициды и др.), которые разделяли на колонках разного типа. Параллельно проводили компьютерные эксперименты по моделированию соответствующих хроматограмм и сопоставляли полученные результаты.

2. Методика эксперимента

По методу ГЖХ в изотермическом режиме получали реальные хроматограммы 4- и 5-компонентных смесей разного состава (табл.1) с концентрацией компонентов одного порядка. Условия хроматографирования также показаны в табл.1.

Таблица 1

Условия хроматографирования экспериментальных смесей