hoofdstuk 1 - Chromatografische begrippen
Complexe mengsels waaruit één of meerdere componenten bepaald of afgezonderd moeten worden
⇒ SCHEIDINGSTECHNIEKEN
analytisch: stof apart kwantificeren en identificeren
preparatief: stof afzonderen
Discrete verdeling (afhankelijk van affiniteit van analieten voor de verschillende fasen)
bv. vloeistof-vloeistof extractie: twee niet-mengbare stoffen en de analieten gaat zich verdelen over de
fasen
continue verdeling
bv. chromatografie
Chromatografie is een fysieke scheidingsmethode waarin de componenten
verdeeld zijn over twee fasen, waarvan er één stationair is (stationaire fase,
vast), terwijl de andere (mobiele fase) beweegt in een bepaalde richting.
stationaire fase ⇒ aantrekkingskracht
afbeelding: blauwe analieten zullen langer in de kolom blijven want hebben een
grotere aantrekkingskracht tot de mobiele fase.
chromatografische technieken = subklasse van twee-fasen systemen
adsorptiechromatografie
stationaire fase = vast
mobiele fase = vloeistof of gas
verdeling = adsorptie-desorptie fenomenen
verdelings chromatografie
stationaire fase = vloeibaar (gebonden vloeibare fase op een vaste drager)
mobiele fase = vloeistof of gas (analieten oplosbaar in mobiele fase!)
verdeling = op basis van fysicochemische eigenschappen van analiet
ionenuitwisselingschromatografie
stationaire fase = vast met ladingen (geladen!)
mobiele fase = vloeistof
verdeling = ionenuitwisseling en elektrostatische krachten
size exclusion chromatografie
stationaire fase = gel of resine met poriën (poreus!)
mobiele fase = vloeistof of gas
verdeling = mogelijkheid om in de poriën te gaan of niet, op basis van de grootte van de analieten
affiniteitschromatografie
stationaire fase = vast met specifiek ‘herkenningsdeel’ voor één analiet
mobiele fase = vloeistof (of gas)
verdeling = specifieke interacties
capillaire elektroforese
stationaire fase = geen! (dus eigenlijk geen chromatografische techniek)
mobiele fase = vloeistof
verdeling = elektriciteit en elektrostatische krachten
,1.2 via scheitrechter naar chromatografie
solventextractie
Component S (mmol) in twee niet-mengbare fasen (volumes: V1 en V2)
⇒ S wordt verdeeld over de fasen afhankelijk van de fysicochemische eigenschappen van S (en van de fasen)
⇒ p is de fractie in fase 2 (boven fase) en q is de fractie in fase 1 (onder fase) met p + q = 100% = 1
⇒ Partitiecoëfficiënt K geeft weer hoe de component S zich verdeeld over de twee fasen (evenwichtsconstante)
want 1-q = p → formule van K omvormen naar q
pH-effect in solventextractie
ionisatie van functionele groepen
Meerdere species van een bepaalde component in water: geladen en niet-geladen
bv. zuren en basen afhankelijk van pH en pKa
In waterige fase (polair) (1) : zowel geladen als niet-geladen vorm
In organische fase (eerder apolair) (2) : enkel niet-geladen vorm
Distributiecoëfficiënt D gebruiken i.p.v. partitiecoëfficiënt K in de vorige formules!
B + H+ ⇒ BH+ (in H2O)
countercurrent extractie
serie van n scheitrechters, allen gevuld met een bepaald volume onder
fase
Analieten volledig gescheiden ⇒ niet mogelijk met slechts 1 scheitrechter
Link met definitie chromatografie
– onder Fase is ‘stationair’
– boven Fase is ‘mobiel’
– stoffen worden ‘gescheiden’ op basis van hun eigenschappen (K of D)
wel nog altijd discrete (!) stappen → discrete verdeling
de continue verdeling
Stel: oneindig aantal scheitrechters waar we de boven fase continu doorsturen
→ geen discrete stappen meer ⇒ continue verdeling:
Stationaire fase (kolom) = oneindig aantal scheitrechters met onder fase
Mobiele fase = boven fase continu door de kolom gestuurd met een bepaald debiet
Belangrijke implicatie: GEEN TIJD MEER VOOR VOLLEDIGE EQUILIBRATIE (K en D niet meer volledig geldig)!
→ dus: moeilijk te bepalen hoe een analiet zich zal gedragen in het systeem
→ K en D geven wel nog steeds het principe weer
chromatografie
, Hoe meer affiniteit voor de mobiele fase, hoe sneller een analiet door de kolom zal lopen (lage retentie).
Hoe meer affiniteit voor de stationaire fase hoe langer een analiet in de kolom verblijft (hoge retentie).
⇒ Scheiding i.f.v. de tijd (of volume) = retentietijd
Retentietijd (tr) = de tijd die verstrijkt tussen het moment dat een analiet op de kolom gebracht wordt en het
moment dat het analiet uit de kolom komt en gedetecteerd wordt
tm = tijd nodig om de mobiele fase of niet-weerhouden analiet door de kolom te brengen
⇒ met
Retentiefactor (k) en relatieve retentie/scheidingsfactor (α)
t 'r 2 k2
α= =
t '
r1
k1
chromatografische scheiding
Wat in de kolom gescheiden wordt, moet gedetecteerd worden ⇒ detector
nodig
→ detector Respons vs. tijd = chromatogram
→ Gaussiaanse piek: oppervlakte = maat voor concentratie
efficiëntie en kwaliteit van chromatografische scheiding
Twee belangrijke parameters:
→ retentietijden: hoe verder uit elkaar, hoe beter de scheiding
→ breedte van de pieken: hoe smaller, hoe efficiënter de scheiding
Gaussiaanse pieken met een bepaalde standaarddeviatie (σ)
Bij langere retentietijden, bredere pieken (ingeduwd) → dus betere scheiding in het begin
Hoe piekbreedte (w) bepalen? Gemakkelijkste op halve hoogte:
kwaliteit van een scheiding
Resolutie (R) is een waarde die de kwaliteit van de scheiding van twee analieten weergeeft en houdt rekening
met retentietijden en gemiddelde piekbreedte. (geen eenheid) ⇒ goede scheiding als R >1,5
teller positief getal door tra als grootste retentietijd te nemen
w en tr in dezelfde eenheden!
efficiëntie van een kolom
Uitgedrukt via het plaatgetal (N) → term komt uit fractionele destillatie in petrochemie (aardolieraffinage:
fracties ruwe aardolie op basis van kookpunten. De platen zijn warm waardoor de aardolie zal verdampen en op
verschillende niveaus zal neerslaan. hoe meer platen in de tank, hoe meer fracties en hoe beter de scheiding)
kolom opdelen in virtuele platen → Hoe meer platen, hoe efficiënter een kolom: smallere piek op dezelfde
retentietijd
Kolommen met elkaar vergelijken (dezelfde component injecteren op verschillende kolommen)
N heeft geen eenheid.
→ hoe groter N, hoe efficiënter de kolom
Complexe mengsels waaruit één of meerdere componenten bepaald of afgezonderd moeten worden
⇒ SCHEIDINGSTECHNIEKEN
analytisch: stof apart kwantificeren en identificeren
preparatief: stof afzonderen
Discrete verdeling (afhankelijk van affiniteit van analieten voor de verschillende fasen)
bv. vloeistof-vloeistof extractie: twee niet-mengbare stoffen en de analieten gaat zich verdelen over de
fasen
continue verdeling
bv. chromatografie
Chromatografie is een fysieke scheidingsmethode waarin de componenten
verdeeld zijn over twee fasen, waarvan er één stationair is (stationaire fase,
vast), terwijl de andere (mobiele fase) beweegt in een bepaalde richting.
stationaire fase ⇒ aantrekkingskracht
afbeelding: blauwe analieten zullen langer in de kolom blijven want hebben een
grotere aantrekkingskracht tot de mobiele fase.
chromatografische technieken = subklasse van twee-fasen systemen
adsorptiechromatografie
stationaire fase = vast
mobiele fase = vloeistof of gas
verdeling = adsorptie-desorptie fenomenen
verdelings chromatografie
stationaire fase = vloeibaar (gebonden vloeibare fase op een vaste drager)
mobiele fase = vloeistof of gas (analieten oplosbaar in mobiele fase!)
verdeling = op basis van fysicochemische eigenschappen van analiet
ionenuitwisselingschromatografie
stationaire fase = vast met ladingen (geladen!)
mobiele fase = vloeistof
verdeling = ionenuitwisseling en elektrostatische krachten
size exclusion chromatografie
stationaire fase = gel of resine met poriën (poreus!)
mobiele fase = vloeistof of gas
verdeling = mogelijkheid om in de poriën te gaan of niet, op basis van de grootte van de analieten
affiniteitschromatografie
stationaire fase = vast met specifiek ‘herkenningsdeel’ voor één analiet
mobiele fase = vloeistof (of gas)
verdeling = specifieke interacties
capillaire elektroforese
stationaire fase = geen! (dus eigenlijk geen chromatografische techniek)
mobiele fase = vloeistof
verdeling = elektriciteit en elektrostatische krachten
,1.2 via scheitrechter naar chromatografie
solventextractie
Component S (mmol) in twee niet-mengbare fasen (volumes: V1 en V2)
⇒ S wordt verdeeld over de fasen afhankelijk van de fysicochemische eigenschappen van S (en van de fasen)
⇒ p is de fractie in fase 2 (boven fase) en q is de fractie in fase 1 (onder fase) met p + q = 100% = 1
⇒ Partitiecoëfficiënt K geeft weer hoe de component S zich verdeeld over de twee fasen (evenwichtsconstante)
want 1-q = p → formule van K omvormen naar q
pH-effect in solventextractie
ionisatie van functionele groepen
Meerdere species van een bepaalde component in water: geladen en niet-geladen
bv. zuren en basen afhankelijk van pH en pKa
In waterige fase (polair) (1) : zowel geladen als niet-geladen vorm
In organische fase (eerder apolair) (2) : enkel niet-geladen vorm
Distributiecoëfficiënt D gebruiken i.p.v. partitiecoëfficiënt K in de vorige formules!
B + H+ ⇒ BH+ (in H2O)
countercurrent extractie
serie van n scheitrechters, allen gevuld met een bepaald volume onder
fase
Analieten volledig gescheiden ⇒ niet mogelijk met slechts 1 scheitrechter
Link met definitie chromatografie
– onder Fase is ‘stationair’
– boven Fase is ‘mobiel’
– stoffen worden ‘gescheiden’ op basis van hun eigenschappen (K of D)
wel nog altijd discrete (!) stappen → discrete verdeling
de continue verdeling
Stel: oneindig aantal scheitrechters waar we de boven fase continu doorsturen
→ geen discrete stappen meer ⇒ continue verdeling:
Stationaire fase (kolom) = oneindig aantal scheitrechters met onder fase
Mobiele fase = boven fase continu door de kolom gestuurd met een bepaald debiet
Belangrijke implicatie: GEEN TIJD MEER VOOR VOLLEDIGE EQUILIBRATIE (K en D niet meer volledig geldig)!
→ dus: moeilijk te bepalen hoe een analiet zich zal gedragen in het systeem
→ K en D geven wel nog steeds het principe weer
chromatografie
, Hoe meer affiniteit voor de mobiele fase, hoe sneller een analiet door de kolom zal lopen (lage retentie).
Hoe meer affiniteit voor de stationaire fase hoe langer een analiet in de kolom verblijft (hoge retentie).
⇒ Scheiding i.f.v. de tijd (of volume) = retentietijd
Retentietijd (tr) = de tijd die verstrijkt tussen het moment dat een analiet op de kolom gebracht wordt en het
moment dat het analiet uit de kolom komt en gedetecteerd wordt
tm = tijd nodig om de mobiele fase of niet-weerhouden analiet door de kolom te brengen
⇒ met
Retentiefactor (k) en relatieve retentie/scheidingsfactor (α)
t 'r 2 k2
α= =
t '
r1
k1
chromatografische scheiding
Wat in de kolom gescheiden wordt, moet gedetecteerd worden ⇒ detector
nodig
→ detector Respons vs. tijd = chromatogram
→ Gaussiaanse piek: oppervlakte = maat voor concentratie
efficiëntie en kwaliteit van chromatografische scheiding
Twee belangrijke parameters:
→ retentietijden: hoe verder uit elkaar, hoe beter de scheiding
→ breedte van de pieken: hoe smaller, hoe efficiënter de scheiding
Gaussiaanse pieken met een bepaalde standaarddeviatie (σ)
Bij langere retentietijden, bredere pieken (ingeduwd) → dus betere scheiding in het begin
Hoe piekbreedte (w) bepalen? Gemakkelijkste op halve hoogte:
kwaliteit van een scheiding
Resolutie (R) is een waarde die de kwaliteit van de scheiding van twee analieten weergeeft en houdt rekening
met retentietijden en gemiddelde piekbreedte. (geen eenheid) ⇒ goede scheiding als R >1,5
teller positief getal door tra als grootste retentietijd te nemen
w en tr in dezelfde eenheden!
efficiëntie van een kolom
Uitgedrukt via het plaatgetal (N) → term komt uit fractionele destillatie in petrochemie (aardolieraffinage:
fracties ruwe aardolie op basis van kookpunten. De platen zijn warm waardoor de aardolie zal verdampen en op
verschillende niveaus zal neerslaan. hoe meer platen in de tank, hoe meer fracties en hoe beter de scheiding)
kolom opdelen in virtuele platen → Hoe meer platen, hoe efficiënter een kolom: smallere piek op dezelfde
retentietijd
Kolommen met elkaar vergelijken (dezelfde component injecteren op verschillende kolommen)
N heeft geen eenheid.
→ hoe groter N, hoe efficiënter de kolom
