11.6 : Säuleneffizienz: Bodentheorie

Die Bandenverbreiterung in einer Chromatographiesäule wird anhand ihrer Effizienz gemessen. Diese wird durch die Anzahl der theoretischen Böden oder Trennstufen (N) bestimmt. Die theoretische Bodenheorie besagt, dass eine Trennsäule aus einer kontinuierlichen Reihe imaginärer Böden besteht, an denen ein Gleichgewicht zwischen den gelösten Stoffen zwischen stationären und mobilen Phasen stattfindet.

Eine höhere Anzahl theoretischer Böden bedeutet eine bessere Säuleneffizienz und verbesserte Trennfähigkeiten. Die Bodenhöhe beeinflusst die Bandbreite und Trennqualität; sie ist umgekehrt proportional zur Säuleneffizienz. Die Anzahl der theoretischen Böden (N) wird berechnet als Säulenlänge (L) geteilt durch die Bodenhöhe (H), wie in der Gleichung gezeigt:

Die Minimierung von H ist entscheidend, um eine bessere Effizienz zu erreichen und die Säulenlänge zu reduzieren.

Die Bodenhöhen variieren für verschiedene gelöste Stoffe aufgrund unterschiedlicher Diffusionskoeffizienten. Sie reichen von 0,1 bis 1 mm in der Gaschromatographie, etwa 10 µm in der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie und weniger als 1 µm in der Kapillarelektrophorese.

Die Säuleneffizienz kann als Varianz pro Längeneinheit definiert werden, da chromatographische Bänder häufig Gaußsche Formen aufweisen. Die Anzahl der theoretischen Böden hängt auch mit der Retentionszeit und der Peakbreite an der Basis oder auf halber Höhe zusammen. Es ist wichtig zu beachten, dass theoretische Böden ein abstraktes Konzept sind und ihre Anzahl von den Eigenschaften der Säule und des gelösten Stoffes abhängt, sodass sie für verschiedene gelöste Stoffe variabel sind.

Bei gepackten Säulen ist die Trennstufenhöhe, die einer theoretischen Boden entspricht (HETP), ein wertvoller Parameter, der die Säulenleistung darstellt. HETP gibt die Säulenlänge an, die für eine theoretische Platte erforderlich ist, und ist für die Entwicklung und Bewertung der Effizienz gepackter Säulen von entscheidender Bedeutung. Ein niedrigerer HETP-Wert bedeutet eine höhere Säuleneffizienz und verbesserte Trennfähigkeiten.