Bagaimana menyatakan efisiensi dalam kromatografi?

Selama sampel melewati kolom, sampel akan menyebar atau terditribusi di sekitar pusat pita dan penyebaran ini meningkat dengan semakin meningkatnya jarak yang telah ditempuh sampel dalam kolom serta semakin lamanya sampel dalam kolom. Meningkatnya pelebaran pita ini menentukan efisiensi kromatografi.

 Pada dasarnya efisiensi kromatografi dapat dinyatakan dengan jumlah lempeng teoritis (number of theoritical plates, n, Snyder memberi tanda N) atau tinggi ekuivalen lempeng teoritis (high equivalent to a theoritical plate, H atau HETP), jumlah lempeng teoritis efektif (N, N_eff) serta angka pemisahan (separation number, SN).

Jumlah lempeng teoritis (n) atau tinggi ekuivalen lempeng teoritis (H atau HETP)

Jika kolom disumsikan mengikuti fungsi operasi Gaussian maka efisiensi kolom dapat diekspresikan dalam waktu retensi (t_R) dan variansi mengikuti persamaan:

n = (tR/σ_t)²

σ_t adalah variansi pita dalam satuan waktu (menit atau detik).

Untuk mudahnya, seringkali digunakan ukuran lebar puncak berdasarkan sifat-sifat dari profil puncak Gaussian seperti dalam gambar sehingga persamaannya menjadi:

n = a(tR/w)²

w_i adalah lebar puncak pada titik balik saat a=4, w_h adalah lebar puncak pada setengah tingi puncak ketika a = 5,54, dan w_b adalah lebar pada dasar puncak ketika a=16.

Efisiensi kolom pada LC, menurut Snyder, dinyatakan dengan:

N=16(tR/t_w)²

t_w adalah lebar puncak pada dasar puncak dan N adalah jumlah lempeng teoritik (disini n),.

Rasio tinggi puncak dan luas puncak dari puncak Gaussian dapat juga digunakan untuk mendefinisikan n dengan persamaan:

n= 2π(t_Rh/A)²

h adalah tinggi puncak dan A adalah luas puncak.

Tinggi ekuivalen lempeng teoritis (HETP) merupakan rasio dari panjang kolom, L, dan jumlah lempeng teoritis, n. 

H = L/n

Jumlah lempeng teoritis efektif (N, N_eff)

Jumlah lempeng teoritis daog yang berturutan dengan z dan z+1 atom karbon dan dipisahkan dengan resolusi R_s = 1.177 (hampi terpisah sempurna).

SN+1=[t_R(z+1) - t_R(z)] / [w_h(z) + w_h(z+1)]

Normal alkana dan ester metil asam lemak secara umum digunakan sebagai senyawa homolog standart. Angka pemisahan kolom tergantung pada sifat fase diam, panjang kolom, temperatur kolom dan laju alir gas pembawa.
Pada pat dinyatakan dengan persamaan

n= a((tR-t_m)/w)²

Jumlah lempeng teoritis efektif pada dasarnya lebih signifikan dibandingkan dengan jumlah lempeng teoritis, karena N hanya mengukur pelebaran pita yang terjadi hanya dalam fase diam.

Kedua ukuran diatas mempunyai hubungan

N=n[k/(1+k)]²

Untuk solut yang ditahan dengan lemah oleh fase diam, misalnya dengan harga k=1, N hanya akan mempunyai nilai 25% dari nilai n. Untuk solut yang dapat ditahan dengan baik oleh fase diam, k>10, N dan n hampir memiliki harga yang sama.

Untuk perbandingan kolom, n dan N sebaiknya dipergunakan untuk solut yang dapat ditahan dengan baik oleh fase diam; karena pada nilai k yang rendah, tampak n memiliki harga yang tinggi yang tidak menggambarkan performa sebenarnya.

Angka pemisahan (SN)

Juga dikenal sebagai Trennzahl (TZ). Angka pemisahan didefinisikan sebagai angka komponen puncak yang dapat ditempatkan diantara dua standar homolog yang berturutan dengan z dan z+1 atom karbon dan dipisahkan dengan resolusi R_s = 1.177 (hampi terpisah sempurna).

SN+1=[t_R(z+1) - t_R(z)] / [w_h(z) + w_h(z+1)]

Normal alkana dan ester metil asam lemak secara umum digunakan sebagai senyawa homolog standart. Angka pemisahan kolom tergantung pada sifat fase diam, panjang kolom, temperatur kolom dan laju alir gas pembawa.

Pada nilai k yang cukup tinggi, nilai n, N, maupun SN memberikan nilai yang dapat digunakan untuk membandingkan efisiensi kolom dengan panjang yang sama. Kerugian dari angka pemisahan adalah bahwa SN bervariasi dengan temperatur, sedangkan n dan N tidak tergantung temperatur.

Angka pemisahan merupakan satu-satunya parameter efisiensi kolom yang dapat ditetapkan pada kondisi temperatur terprogram. Parameter kritis yang harus distandarisasi untuk menghasilkan nilai SN yang reprodusibel untuk kolom dengan panjang yang berbeda adalah laju alir fase gerak dan program temperatur. Nilai SN banyak digunakan sebagai bagian dari uji standarisasi metode utuk mengevaluasi kualitas kolom terbuka pada kromatografi gas.