Hoofdstuk 10 Analysetechnieken en onderzoeken
10.5 Chromatografie
Papierchromatografie
De eenvoudigste vorm van chromatografie is papierchromatografie. Daarmee kun je een mengsel van
kleurstoffen in inkt scheiden. Deze scheidingsmethode maakt gebruik van het verschil in
oplosbaarheid van de stoffen en het verschil in aanhechtingsvermogen aan het papier. De
loopvloeistof 🡪 mobiele fase en het papier 🡪 stationaire fase. Het resultaat van chromatografie is een
chromatogram.
Met chromatografie kun je gemakkelijk zien welke stoffen in een mengsel zitten. Je gebruikt daarvoor
een referentiestof. Als een stof in het mengsel op het papierchromatogram even hoog komt als je
referentiestof, is de kans groot dat die stof in je mengsel aanwezig is.
Je kunt bij het identificeren van stoffen op een papierchromatogram ook gebruikmaken van de
𝑎𝑓𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑖𝑗𝑛 𝑡𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙𝑝𝑢𝑛𝑡 𝑣𝑎𝑛 𝑒𝑒𝑛 𝑣𝑙𝑒𝑘
Rf-waarde, 𝑅𝑓 = 𝑎𝑓𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑖𝑗𝑛 𝑡𝑜𝑡 𝑣𝑙𝑜𝑒𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡
. Bij gelijkblijvende omstandigheden is de
Rf-waarde karakteristiek voor een stof. Bij papierchromatografie is de bepalende factor de afstand die
de stof aflegt in het chromatogram.
Tegenwoordig gebruik je i.p.v. papier meestal plaatjes van plastic, metaal of glas, waarop een dunne
laag silica (SiO2) is aangebracht. 🡪 dunnelaagchromatografie of TLC (Thin Layer Chromatography).
Principe van de scheiding
De verdeling van stoffen in de chromatografie over de mobiele en de stationaire fase is een
verdelingsevenwicht.
Nog even naar kijken.
Kolomchromatografie
De scheiding van een mengsel verloopt in een kolom, dat is een dunne buis waarin zich de stationaire
fase bevindt. De mobiele fase kan een vloeistof of een gas zijn en deze neemt het mengsel vanuit het
injectiepunt mee. Omdat de stoffen in een mengsel korter of juist langer gebonden zijn aan de
stationaire fase, komen ze gescheiden van elkaar uit de kolom. Aan het eind meet je de stoffen met
een detector. Wanneer de mobiele fase een vloeistof is 🡪 vloeistofchromatografie en gas 🡪
gaschromatografie.
Bij deze analysetechnieken is niet de afgelegde afstand de bepalende factor maar de tijd die een stof
in de kolom verblijft voor deze bij de detector komt. Deze tijd is de retentietijd tR. De scheiding in de
kolom komt tot stand door de specifieke eigenschappen van de stationaire fase. Zo bewegen apolaire
stoffen in een kolom met apolaire stationaire fase langzaam en deze stoffen komen dus later uit de
kolom dan polaire stoffen.
Vloeistofchromatografie
Bij vloeistofchromatografie, meestal HPLC (High Performance Liquid Chromatography) genoemd,
wordt het te onderzoeken mengsel opgelost. De kolom is gevuld met heel kleine bolletje silica met
daarop een dun laagje van de stof die als stationaire fase fungeert. Onder hoge druk (200 tot 1000
bar) wordt een vloeistof met de stoffen uit het te onderzoeken mengsel door de kolom geleid. Als
mobiele fase gebruik je bijvoorbeeld water, hexaan of methanol.
Gaschromatografie
Bij analyses met een gaschromatograaf wordt het te onderzoeken mengsel verhit, waardoor alle
stoffer verdampen. De ontstane gassen worden met een draaggas in een kolom geleid. De kolom is
, veel langer dan bij vc, vaak meer dan 10 meter. Aan de binnenkant van de kolom zit een dunne
poreuze laag dragermateriaal waarin zich de stationaire fase bevindt. Als draaggas gebruik je bv
helium of stikstof.
Analyse van het chromatogram
Vc of gc dat door de detector wordt gemaakt. 🡪 op de horizontale as staat de tijd en op de verticale as
een natuurkundige grootheid (bv spanning of stroomsterkte). Met kc is zowel een kwalitatieve als een
kwantitatieve analyse mogelijk.
Kwalitatieve analyse
Hierbij wil je alleen weten uit welke stoffen je mengsel bestaat en niet de concentratie van elke stof.
Je maakt dan gebruik van de retentietijden in je chromatogram.
Kwantitatieve analyse
Uit een chromatogram is ook af te leiden wat de concentratie is van de verschillende stoffen in het
mengsel. De oppervlakte van een piek is namelijk recht evenredig met de concentratie van die stof in
het mengsel.
10.6 Massaspectrometrie
Meten met massaspectrometrie
Met een isotopenverhouding kan je de ouderdom van een materiaal vaststellen. Om de verhouding
te bepalen maak je gebruik van de analysemethode massaspectrometrie. Je brengt dan een monster
van de te onderzoeken stof in een massaspectrometer. De moleculen van de stof krijgen een lading
(ionisatie). Deze meestal positieve moleculen vallen snel in brokstukken uiteen (fragmentatie). De
detector meet de massa en de relatieve hoeveelheid van alle geladen deeltjes en geeft dit weer in
een massaspectrum.
De massaspectrometer
In een massaspectrometer wordt een stof geïoniseerd door een elektronenbundel in een
vacuümruimte. Getroffen moleculen kunnen dan elektronen verliezen of opnemen. Er ontstaan
hoofdzakelijk eenwaardige positieve ionen: M + e- 🡪 M+ + 2 e-. Het positieve molecuulion is onstabiel,
waardoor het snel uiteenvalt. Hierbij ontstaan onder andere positief geladen deeltjes, die weer
verder uiteen kunnen vallen. De geladen deeltjes (ionen) worden versneld in een elektrisch veld. De
ionen komen uiteindelijk bij een detector. Ook kun je de veldsterkte variëren om precies te bepalen
welke ionen naar de detector gaan. Zo treedt er een scheiding op naar massa (in u) gedeeld door
lading: m/z. De lading is bij de meeste ionen 1, dus vaak is het direct de massa die je meet.
Radicalen
Bij fragmentatie ontstaan er naast ionen ook radicalen, dit zijn niet-geladen deeltjes en ze zijn niet
zichtbaar in het massaspectrum. Een deeltje waarvan een van de atomen niet het juist aantal
covalente bindingen heeft 🡪 radicaal. Als er een binding mist dan bevindt het elektron van dat atoom
dat normaal betrokken is bij die tweede binding zich nu los op dat atoom 🡪 ongepaard elektron. Als
een deeltje radicaal is geef je dat aan door een stip achter de formule te zetten.
Massaspectrum
De detector van een massaspectrometer registreert niet alleen de massa van de ionen, maar ook de
relatieve intensiteit. De intensiteit is een maat voor het aantal deeltjes dat de detector heeft
gemeten. In een massaspectrum staat op de horizontale as m/z en op de verticale as de relatieve
intensiteit.
10.5 Chromatografie
Papierchromatografie
De eenvoudigste vorm van chromatografie is papierchromatografie. Daarmee kun je een mengsel van
kleurstoffen in inkt scheiden. Deze scheidingsmethode maakt gebruik van het verschil in
oplosbaarheid van de stoffen en het verschil in aanhechtingsvermogen aan het papier. De
loopvloeistof 🡪 mobiele fase en het papier 🡪 stationaire fase. Het resultaat van chromatografie is een
chromatogram.
Met chromatografie kun je gemakkelijk zien welke stoffen in een mengsel zitten. Je gebruikt daarvoor
een referentiestof. Als een stof in het mengsel op het papierchromatogram even hoog komt als je
referentiestof, is de kans groot dat die stof in je mengsel aanwezig is.
Je kunt bij het identificeren van stoffen op een papierchromatogram ook gebruikmaken van de
𝑎𝑓𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑖𝑗𝑛 𝑡𝑜𝑡 𝑚𝑖𝑑𝑑𝑒𝑙𝑝𝑢𝑛𝑡 𝑣𝑎𝑛 𝑒𝑒𝑛 𝑣𝑙𝑒𝑘
Rf-waarde, 𝑅𝑓 = 𝑎𝑓𝑠𝑡𝑎𝑛𝑑 𝑣𝑎𝑛 𝑠𝑡𝑎𝑟𝑡𝑙𝑖𝑗𝑛 𝑡𝑜𝑡 𝑣𝑙𝑜𝑒𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑟𝑜𝑛𝑡
. Bij gelijkblijvende omstandigheden is de
Rf-waarde karakteristiek voor een stof. Bij papierchromatografie is de bepalende factor de afstand die
de stof aflegt in het chromatogram.
Tegenwoordig gebruik je i.p.v. papier meestal plaatjes van plastic, metaal of glas, waarop een dunne
laag silica (SiO2) is aangebracht. 🡪 dunnelaagchromatografie of TLC (Thin Layer Chromatography).
Principe van de scheiding
De verdeling van stoffen in de chromatografie over de mobiele en de stationaire fase is een
verdelingsevenwicht.
Nog even naar kijken.
Kolomchromatografie
De scheiding van een mengsel verloopt in een kolom, dat is een dunne buis waarin zich de stationaire
fase bevindt. De mobiele fase kan een vloeistof of een gas zijn en deze neemt het mengsel vanuit het
injectiepunt mee. Omdat de stoffen in een mengsel korter of juist langer gebonden zijn aan de
stationaire fase, komen ze gescheiden van elkaar uit de kolom. Aan het eind meet je de stoffen met
een detector. Wanneer de mobiele fase een vloeistof is 🡪 vloeistofchromatografie en gas 🡪
gaschromatografie.
Bij deze analysetechnieken is niet de afgelegde afstand de bepalende factor maar de tijd die een stof
in de kolom verblijft voor deze bij de detector komt. Deze tijd is de retentietijd tR. De scheiding in de
kolom komt tot stand door de specifieke eigenschappen van de stationaire fase. Zo bewegen apolaire
stoffen in een kolom met apolaire stationaire fase langzaam en deze stoffen komen dus later uit de
kolom dan polaire stoffen.
Vloeistofchromatografie
Bij vloeistofchromatografie, meestal HPLC (High Performance Liquid Chromatography) genoemd,
wordt het te onderzoeken mengsel opgelost. De kolom is gevuld met heel kleine bolletje silica met
daarop een dun laagje van de stof die als stationaire fase fungeert. Onder hoge druk (200 tot 1000
bar) wordt een vloeistof met de stoffen uit het te onderzoeken mengsel door de kolom geleid. Als
mobiele fase gebruik je bijvoorbeeld water, hexaan of methanol.
Gaschromatografie
Bij analyses met een gaschromatograaf wordt het te onderzoeken mengsel verhit, waardoor alle
stoffer verdampen. De ontstane gassen worden met een draaggas in een kolom geleid. De kolom is
, veel langer dan bij vc, vaak meer dan 10 meter. Aan de binnenkant van de kolom zit een dunne
poreuze laag dragermateriaal waarin zich de stationaire fase bevindt. Als draaggas gebruik je bv
helium of stikstof.
Analyse van het chromatogram
Vc of gc dat door de detector wordt gemaakt. 🡪 op de horizontale as staat de tijd en op de verticale as
een natuurkundige grootheid (bv spanning of stroomsterkte). Met kc is zowel een kwalitatieve als een
kwantitatieve analyse mogelijk.
Kwalitatieve analyse
Hierbij wil je alleen weten uit welke stoffen je mengsel bestaat en niet de concentratie van elke stof.
Je maakt dan gebruik van de retentietijden in je chromatogram.
Kwantitatieve analyse
Uit een chromatogram is ook af te leiden wat de concentratie is van de verschillende stoffen in het
mengsel. De oppervlakte van een piek is namelijk recht evenredig met de concentratie van die stof in
het mengsel.
10.6 Massaspectrometrie
Meten met massaspectrometrie
Met een isotopenverhouding kan je de ouderdom van een materiaal vaststellen. Om de verhouding
te bepalen maak je gebruik van de analysemethode massaspectrometrie. Je brengt dan een monster
van de te onderzoeken stof in een massaspectrometer. De moleculen van de stof krijgen een lading
(ionisatie). Deze meestal positieve moleculen vallen snel in brokstukken uiteen (fragmentatie). De
detector meet de massa en de relatieve hoeveelheid van alle geladen deeltjes en geeft dit weer in
een massaspectrum.
De massaspectrometer
In een massaspectrometer wordt een stof geïoniseerd door een elektronenbundel in een
vacuümruimte. Getroffen moleculen kunnen dan elektronen verliezen of opnemen. Er ontstaan
hoofdzakelijk eenwaardige positieve ionen: M + e- 🡪 M+ + 2 e-. Het positieve molecuulion is onstabiel,
waardoor het snel uiteenvalt. Hierbij ontstaan onder andere positief geladen deeltjes, die weer
verder uiteen kunnen vallen. De geladen deeltjes (ionen) worden versneld in een elektrisch veld. De
ionen komen uiteindelijk bij een detector. Ook kun je de veldsterkte variëren om precies te bepalen
welke ionen naar de detector gaan. Zo treedt er een scheiding op naar massa (in u) gedeeld door
lading: m/z. De lading is bij de meeste ionen 1, dus vaak is het direct de massa die je meet.
Radicalen
Bij fragmentatie ontstaan er naast ionen ook radicalen, dit zijn niet-geladen deeltjes en ze zijn niet
zichtbaar in het massaspectrum. Een deeltje waarvan een van de atomen niet het juist aantal
covalente bindingen heeft 🡪 radicaal. Als er een binding mist dan bevindt het elektron van dat atoom
dat normaal betrokken is bij die tweede binding zich nu los op dat atoom 🡪 ongepaard elektron. Als
een deeltje radicaal is geef je dat aan door een stip achter de formule te zetten.
Massaspectrum
De detector van een massaspectrometer registreert niet alleen de massa van de ionen, maar ook de
relatieve intensiteit. De intensiteit is een maat voor het aantal deeltjes dat de detector heeft
gemeten. In een massaspectrum staat op de horizontale as m/z en op de verticale as de relatieve
intensiteit.
