LESNOTA’S CHEMISCHE ANALYSETECHNIEKEN (2024)
Hoofdstuk 3: introductie chromatografie
Figuur 3.2
- Mengsel analyten als een pulse induceren in chromatografisch systeem, dit
systeem bestaat uit stationaire en mobiele fase, dit mengsel zullen één voor één
of enkele samen weerhouden worden in de stationaire fase
- Mobiele fase loodst stoffen door chromatografisch systeem, stationaire fase oefent
aantrekkingskracht uit op stoffen om ze in deze fase te houden
- Retentie: weerhouden van een stof in stationaire fase = basis van chromatografie
- Elutie: het verlaten van de kolom
- Retardatie: zie cursus
Hoofstuk 4: Theoretische fundamenten chromatografie
Voor de meeste studenten het moeilijkste hoofdstuk, maar ook één van de belangrijkste,
Let op samenhang tussen verschillende deeltjes! Formules kennen en interpretatie
kunnen geven
Pg 37: Retentie
- Interacties van fysische aard (absorptie en adsorptie) zorgen ervoor dat stoffen
weerhouden worden. -> dipool, waterstof bruggen, disulfide bruggen, …De ene
stof doet dit meer dan de andere -> scheiding
- Absorptie: vorm van retentie, een stof/analyt lost op in een bulk van een bepaalde
fase (in ons geval de stationaire fase)
- Adsorptie: vorm van retentie, analyt wordt weerhouden op het oppervlak van een
bepaalde fase (in ons geval de stationaire fase) door intermoleculaire
aantrekkingskrachtten
- Sorptie: overkoepelede term, is niet specifiek genoeg
- K = evenwichtsverdelingscoëfficiënt, evenwichtspartitiecoëfficiënt
Elke stof verdeeld zich tussen de stationaire en mobiele fase, deze verdeling wordt
uitgedrukt door K (= verhouding van concentratie stat fase/concentratie mob fase)
Deze waarde is voor elke stof anders, ook het type stat en mob fase heeft een
invloed op K.
- Verdeling ook uit te drukken in verhouding van massa’s of massafracties = k’
(massa stat fase/massa mob fase) = capaciteitsfactor of retentiefactor
Massafractie stat fase= q
Massafractie mob fase = p p+q = 1
- Beta = volume mob fase / volume stat fase
- K = k’*beta of k’ = K/beta
Pg 38:
- Elke evenwichtspartitiecoëfficiënt is afhankelijk van de temperatuur -> wet van
van’t Hoff (vgl 4.3)
- Delta H is de verandering in enthalpie bij de overgang van de mobiele fase naar
de stationaire fase, deze is negatief want een exotherm proces! Zie figuur 4.1
Als de T toeneemt wordt ln(K) kleiner, dus de verhouding tussen stationaire en
mobiele fase kleiner en wordt de component minder weerhouden in de stationaire
fase (retentie neemt af, stof gaat sneller door de kolom, sneller eluatie)
Dit bedoelt hij met interpretatie van formules
- Bij GC (deltaH waarbij een stof overgaat van een gas naar een vloeistof fase) zit
dit in een oven, bij LC (van vloeibaar naar stationaire fase) is dit niet altijd het
geval
|deltaH(GC)| >> |deltaH(LC)|
Pagina 1 van 38
, Dus de curve bij GC is veel steiler en heeft dus een groter effect op K, vandaar dat
een GC kolom altijd in een oven zit om de temperatuur constant te houden.
Bij LC zijn kleine wijzigingen in temperatuur niet zo erg.
Pg 39-40
- We kijken nu nog maar naar het gedrag van één analyt
- Scherpe pulsfunctie om stof in kolom te brengen, hoe komt stof eruit?
- Chromatografische kolom = capilaire kolom
Figuur 4.2
- Stationaire fase zit vast in kolom, daardoor loopt de mobiele fase
- Om kolom te analyseren, we ‘snijden’ kolom in schijfjes over zijn volledige lengte
en bekomen zo cellen, eerste kolom = cel0, laatste kolom = cel n dus in totaal
n+1 cellen
Op figuur van links naar rechts
- Analyt heeft in elke cel voldoende tijd om zich te verdelen tussen mobiele en
stationaire fase.
Tabellen pg 39
- Analyt inbrengen in cel 0 en verdeeld zich tussen de twee fasen. Verdeling
weergegeven door k’.
- Mobiele fase beweegt een cel vooruit = transfer van mobiele fase samen met p
- Pulsinjectie dus er komt niets meer bij in cel 0
- Fractieverdeling na de eerste transfer = p+q = (p+q)^1
- Er wordt een nieuw evenwicht ingesteld waarbij q zich opnieuw zal verdelen
tussen de twee fasen : we krijgen in cel0 dan = p*q in MF en q*q in SF
En in cel1: p*p in MF en q*p in SF
- Fractie verdeling na de tweede transfer: q^2 + 2pq + p^2 = (q+p)^2
- Na deze transferstap wordt opnieuw een nieuw evenwicht verkregen. Fractie p van
de totale hoeveelheid gaat naar de MF en een fractie q van het totaal gaat naar de
stationaire fase.
- Fractieverdeling na derde transferstap = (q+p)^3 uitwerken
- Formules 4.4 en 4.5 staan in termen van kansen/probabiliteiten:
q is de kans dat als de mobiele fase een stap vooruit zet, dat het analyt niet mee
gaat
p is de kans dat als de MF een stap vooruit zet, het analyt mee gaat met de MF
indien r voldoende groot -> normale gaussiaanse verdeling (max = in cel (r*p),
variantie = r*p*q) -> zie figuur 4.3
k’ = p/q = 1 en p+q = 1 dus p=q=0.5
voor r=10 : max zit in cel r*p = 10*0.5 = cel5
breedte piek = r*p*q
pg 41
- Tijd tussen injectie in elutie: wanneer piek maximum uit kolom komt ->
retentietijd is de totale tijd dat een analyt nodig heeft om na injectie om als
gaussiaanse piek de kolom te verlaten.
Figuur 4.4 + formules 4.8 en 4.9
- tM : dodentijd, tijd die een component nodig heeft om van begin tot einde van
kolom te geraken zonder dat er enige vorm van retentie is in de kolom, wordt
bepaald door de lengte van de kolom (L) en de lineaire snelheid van de mob fase
(u)
tM = L/u
Pagina 2 van 38
, - component zal langer onderweg zijn dan tM door retentie, nettotijd dat een
component blijft ‘plakken’ = netto retentietijd = tijd bovenop de dodentijd
- retentievolume is het totaalvolume dat door kolom stroomt tijdens de retentietijd
dodenvolume = vM = volume aan MF om kolom te kunnen vullen
nettoretentievolume is het totaal volume MF dat door de kolom stroomt totdat het
gaussiaanse piek uit de kolom komt.
Fundamentele retentievergelijkingen
- Elutie: moment dat component laatste cel verlaat, dus we gaan als het ware naar
cel(n+1) en het piekmamixum zit dan in cel r*p = n+1
- Formule (4.13 en) 4.14 zijn de fundamentele retentievergelijkingen op
volumebasis
Retentievolume = dodenvolume + K*volume stationaire fase
Veel retentie: component zit lang vast in kolom, tegelijkertijd stroom er nog steeds
MF door de kolom
- Formule delen door het debiet -> fundamentele retentievergelijkingen op tijdbasis
Formule 4.18
- K’ -> formule 4.19
- Als deze formules zijn af te leiden uit de eerste vergelijking als we onze
basisformules kennen en ze zeggen allemaal hetzelfde
Figuur 4.5a: K lineair
- Retentie tijd af te lezen op piekmaximum van gaussiaanse curve
- Minder injectie -> stippenlijn curve met lager maximum maar zelfde retentietijd
Retentietijd is onafhankelijk van de concentratie van het analyt
Figuur 4.5b: K convex of concaaf
- CONVEX : Bij hoge concentraties een kleinere K-waarde, dus minder retentie en
snellere elutie -> niet langer een mooie gaussiaanse piek en we krijgen tailing
(piekmaximum loopt voor op midden van curve)
Kleinere concentratie analiet -> zo goed als lineaire K, meer retentie wel mooie
gaussiaanse curve op het einde van initiële tailing curve
Retentietijd daalt bij toenemende concentratie, dus we moeten werken met
een kleine K en een lage concentratie (het lineaire gebied)
- CONCAAF : Bij hoge concentraties een hogere K-waarde, dus meer retentie en
tragere elutie -> piekmaximum ondervindt meeste retentie en loopt dus achter ->
fronting
Retentietijd neemt toe bij een toenemende concentratie
Figuur 4.6
- De asymmetriefactor: afwijking van de ideale piekvorm en dus de kwaliteit van de
chromatografie en in welke mate K afhankelijk is van de concentratie
- Wat we willen: asymmetriefactor van 1
Kolommen
Figuur 4.7
- Open, capilaire kolom voor GC, stationaire fase zit gecaot als een dunne film op de
binnenkant, mob fase = G
- Gepakte kolom, deze zijn breder (4,6 mm) want ze bevatten een
pakkingsmateriaal
Pagina 3 van 38
, Dit zijn korreltjes, bolletjes zijn zelf de stationaire fase of op het oppervlak van
deze bolletjes dient als drager voor deze SF (SF coating op bolletjes)
Verschil in lengte van kolommen voor GC (paar meter lang) en LC (10-30 cm)
Figuur 4.8
- Tussen twee platen een fluidum dat we willen doen stromen, daarvoor oefenen we
een kracht uit op de bovenste plaat (=afschuifkracht, Fz) wat ervoor zorgt dat
onderliggende vloeistoflagen beginnen bewegen en uiteindelijk stromen
- Hoe hoger de viscositeit, hoe hoger de afschuifkrachten -> wet van Newton
Viscositeit van vloeistof is veel hoger dan die van gassen
Figuur 4.9
- Poreuze of niet poreuze pakking deeltjes
Niet poreus = massieve deeltjes zonder open volumes, enkel open volume tussen
de deeltjes -> interstitieel volume Vo
Uitwendige porositeit (epsilon) = Vo gedeeld door het totaal volume
Poreuze pakking = poriën in deeltjes dus deeltjes bevatten ook open ruimte ->
intrastitieel volume Vi
Inwendige porositeit = Vi gedeeld door het totaal volume
- + extra post-it
- Labyrintfactor = gamma = verhouding tussen gemiddelde en werkelijke snelheid
Bij sferische deeltjes is deze 2/pi
Vergelijking 4.22 : belangrijk
- Gemiddelde lineaire snelheid van de MF
- Een stroming kan pas plaatsvinden als er een drukverschil is, er is dus een goeie
deltaP nodig voor het stromen van de MF in de kolom te verwezenlijken. De
overdruk zal bepalen hoe snel deze stroomt. Maar deltaP heeft ook een maximale
waarde zodat apparatuur geen beschadiging oploopt.
- u in de praktijk bepalen kan door een geschikt drukverschil in te stellen op de
kolom
- B0 is de permeabiliteit/doorlaatbaarheid, yta = viscositeit
Permeabiliteit is afhankelijk van de stapeling, vorm van de deeltjes,
deeltjesgrootte en deeltjesverdeling en de eigenschappen van de kolom
- Stel permeabiliteit is gelijk in een LC en GC kolom, om eenzelfde snelheid te halen
is dus voor LC een kortere kolom nodig (want vloeistoffen hebben een factor 100
hogere viscositeit, dus kolom is een factor 100 kleiner), op deze manier wordt ook
deltaP binnen goede waarden gehouden
Pg 48-55: vier situaties beschreven waarbij we een uitdrukking zoeken voor B0
Eerste situatie: capilaire, tubulaire kolom met vloeistof als MF -> figuur 4.11
- Theoretische situatie want capilaire kolom meestal voor gas gebruikt
- Vloeistof beweegt door de kolom met een constante snelheid (geen versnelling)
door het drukverschil -> F = m*a = 0 -> drie krachten werken in op kolom :
afschuifkracht, 2x drukkracht -> zie foto -> vergelijking uitwerken, scheiden van
veranderlijken en integratie leidt tot formule 4.25 + zie extra post-it en figuur 4.12
- Permeabiliteit van een capilaire LC-kolom = R^2/8 -> zie vgl 4.27
Als R halveert, wordt de permeabiliteit met een factor 4 kleiner, om dan dezelfde
snelheid te halen moet deltaP met een factor 4 vergroten (opletten voor
begrenzing)
Figuur 4.13
- Helling van de rechte bij laminair: R^2 / (8*yta)
Pagina 4 van 38
