Μοντελοποιήσεις και προσομοιώσεις υγροχρωματογραφικών δεδομένων για εκπαιδευτικούς και ερευνητικούς σκοπούς
Authors: Φασούλα Στέλλα 
Published: September 2021

Σε αυτή τη διδακτορική διατριβή μελετήθηκε η μοντελοποίηση της υγροχρωματογραφικής συμπεριφοράς ουσιών με την βοήθεια ενός απλού και φιλικού προς το χρήστη λογισμικού, όπως το Microsoft (ΜS) Excel. Σκοπός είναι τόσο η πρόβλεψη της έκλουσης των ουσιών, όσο και η βελτιστοποίηση του διαχωρισμού τους κάτω από ισοκρατικές συνθήκες, συνθήκες απλής βαθμωτής μεταβολής της ποσότητας οργανικού/ών διαλυτών της κινητής φάσης ή της μεταβολής του pH της κινητής φάσης, καθώς και συνθήκες ταυτόχρονης μεταβολής του οργανικού διαλύτη και του pH της κινητής φάσης. Η όλη διαδικασία βελτιστοποίησης (υπολογιστικής πρόβλεψης των βέλτιστων συνθηκών διαχωρισμού) σε περιβάλλον προγραμματισμού του ΜS Excel μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για διδακτικούς σκοπούς όσο και για την ανάπτυξη μεθόδων ανάλυσης δειγμάτων με υγρή χρωματογραφία αλλά και την ταυτοποίηση των ουσιών. Δημιουργήθηκε μια σειρά από φύλλα εργασίας ΜS Excel με σκοπό την προσομοίωση / οπτικοποίηση της διαδικασίας βελτιστοποίησης των διαχωρισμών κάτω από ισοκρατικές συνθήκες και απλές συνθήκες βαθμωτής έκλουσης. Επίσης, δημιουργήθηκε ένα πακέτο μακροεντολών στο Excel σε γλώσσα προγραμματισμού VBA για μοντελοποιήσεις και βελτιστοποιήσεις πιο πολύπλοκων διαχωρισμών ουσιών υπό συνθήκες απλής πολυγραμμικής μεταβολής της ποσότητας οργανικού/ών διαλυτών της κινητής φάσης, ή της μεταβολής του pH της κινητής φάσης καθώς και συνθήκες ταυτόχρονης πολυγραμμικής μεταβολής του οργανικού διαλύτη και του pH της κινητής φάσης. Προς το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκαν δέκα χρωματογραφικά μοντέλα και υιοθετήθηκαν τέσσερις μέθοδοι για την εφαρμογή τους. Οι μέθοδοι αυτοί αναφέρονται στους διαφορετικούς τρόπους επίλυσης του ολοκληρώματος της θεμελιώδους εξίσωσης της βαθμωτής έκλουσης για την εύρεση των χρόνου έκλουσης των ουσιών σε συνθήκες βαθμωτής έκλουσης και είναι: α) αναλυτική μέθοδος, β) μέθοδος που χρησιμοποιεί την προσέγγιση που ανέπτυξε η ερευνητική ομάδα Νικήτα-Παππά του εργαστηρίου Φυσικής Χημείας (Νikitas-Pappa approach), γ) μέθοδος που χρησιμοποιεί τη βηματική προσέγγιση και δ) απλή αριθμητική μέθοδος που χρησιμοποιεί τον κανόνα του τραπεζίου. Για όλες αυτές τις μεθόδους γράφηκαν VBA μακροεντολές του Excel που εφαρμόστηκαν χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικές πλατφόρμες που είναι η πλατφόρμα προσαρμογής χρωματογραφικών δεδομένων συγκράτησης και η πλατφόρμα βελτιστοποίησης των χρωματογραφικών διαχωρισμών. Στο τελευταίο μέρος της διδακτορικής διατριβής μελετήθηκε ο σημαντικός ρόλος του pH της κινητής φάσης στη βελτιστοποίηση του διαχωρισμού ιονιζόμενων ουσιών σε στήλες αντίστροφης φάσης που είναι σταθερές σε εκτεταμένη περιοχή του pH (1-12). Επιδιώκεται διαχωρισμός σε περιβάλλον προγραμματισμού του ΜS Excel για ένα μίγμα ιονιζόμενων ουσιών (μονοπρωτικών οξέων/βάσεων, διπρωτικών οξέων και αμφολυτών με ενδιάμεσο προϊόν ιονισμού που μπορεί να είναι ουδέτερο ή διπλό ιόν) υπό συνθήκες ταυτόχρονης πολυγραμμικής μεταβολής του οργανικού διαλύτη και του pH της κινητής φάσης. Τα πειραματικά δεδομένα συγκράτησης προσαρμόστηκαν σε κατάλληλα μοντέλα που αναπτύχθηκαν για τους διαφορετικούς τύπους ιοντικών ενώσεων που μελετήθηκαν χρησιμοποιώντας διαφορετικές συναρτήσεις που γράφηκαν σε γλώσσα προγραμματισμού VBA του Excel και την Νikitas-Pappa approach για την επίλυση του ολοκληρώματος της θεμελιώδους εξίσωσης της βαθμωτής έκλουσης. Η πρόβλεψη τέλος των βέλτιστων συνθηκών ταυτόχρονης πολυγραμμικής μεταβολής του οργανικού διαλύτη και του pH της κινητής φάσης, οδήγησε σε πλήρη διαχωρισμό στον ελάχιστο χρόνο των υπό μελέτη δειγμάτων.