Analytische chemie/Chromatografie - algemeen: verschil tussen versies
Verwijderde inhoud Toegevoegde inhoud
Pagina aangemaakt: "= Scheidend vermogen = Een groot deel van de theorie met betrekking tot chromatografie is ontwikkeld op basis van één specifieke chromatografische toepassing. Vervolgens bleke..." |
Geen bewerkingssamenvatting |
||
Regel 11:
Zowel scheitrechter #1 als #2 worden geschud. Nadat de water en etherfase zich van elkaar gescheiden hebben, wordt de waterfase uit scheitrechter #2 bij de ther in #3 gevoegd, het water uit #1 bij de ether in #2, en aan scheitrechter #1 wordt weer een nieuwe hoeveelheid water toegevoegd.
== Schotelgetal ==
== Van
=== Algemeen ===
De van Deemtervergelijking legt een realtie tussen de snelheid van de mobiele fase en de efficientie van de scheiding. De efficientie van de scheiding wordt hierbij uitgedrukt in de [[HETP]]. Door de van Deemtervergelijking worden een aantal parameters van de scheiding beschreven, en wordt duidelijk gemaakt waar in een concrete scheiding makkelijker of moelijker verbeteringen te behalen zijn.
In de beschrijving van chromatografie als een herhaalde extractie is al duidelijk geworden dat componenten zich wel met een gemiddelde snelheid ten opzichte van de stationaire fase bewegen. Het resulterende beeld voor de concentratieverdeling is een Gauss-achtige curve. Ook een nauwkeurige beschrijving ontkomt niet aan het gegeven dat een zekere spreiding met een Gauss-curve als resultaat zal optreden. Daarnaast zijn er een aantal zaken die samenhangen met chromatografie als fysisch proces.
De van Deemtervergelijking wordt eerst beschreven voor LLC, dus met een vloeistof zowel als mobiele als stationaire fase. Als de vergelijking compleet is, wordt gekeken wat de effecten zijn voor de verschillende typen van chromatografie. Om de volgende beschrijving concreet te maken is geen sprake van de theoretische begrippen "mobiele fase", "stationaire fase" en "component". Het voorbeeld van water als mobiele fase, een dun laagje olie op zandkorrels als stationaire fase en benzoëzuur als component wordt beschreven. Het benzoëzuur wordt in een klein volume water aan het begin van de kolom gebracht. Voor en achter het water met benzoëzuur bevindt zich puur water.
=== Diffusie ===
Diffusie wil zeggen dat verschillen in concetratie van een component in een medium de neiging hebben met het verstrijken van de tijd kleiner te worden. In de chromatografie is het proces van belang omdat het niet mogelijk is de stationaire of de mobiele fase tijdens het chromatografieproces actief te homogeniseren. Je kunt niet even gaan roeren. Het instellen van een evenwicht kost tijd. Dit betekent dat chromatografie wel met begrippen uit de evenwichtsleer beschreven wordt, maar er eigenlijk altijd geldt dat het chromatografische proces altijd achter de feiten aanloopt.
=== Niet - evenwicht ===
In de beschrijving van chromatografie als een serie extracties is steeds sprake van "meng de fase en wacht tot ze weer gescheiden zijn". In de passage door een stationaire fase is iets anders aan de hand. Bij het passeren van benzoëzuur langs plaats "X" van de stationaire fase is iets anders aan de hand. We kunnen de situatie voordat benzoëzuur bij X arriveert beschrijven als een evenwicht. De concentratie benzoëzuur in het water is nul, en in het laagje olie is ook geen benzoëzuur aanwezig. Op zeker moment arriveert de eerste hoeveelheid water met benzoëzuur. De concentraties van het benzoëzuur in het water is niet meer in evenwicht met die in het olielaagje. Er zal benzoëzuur uit het water naar de olie fase gaan. De concentraties benzoëzuur in water wordt lager, die in de olie wordt hoger.
Als de concentratie benzoëzuur in het water lager wordt, wil dat zeggen dat de totale hoeveelheid van het zuur in water lager wordt. Op moleculair niveau is de concentratie alleen veranderd in het hele dunne laagje water dat direct aan de olie grenst. De grote bulk van het water heeft nog de concentratie benzoëzuur waarmee het op X aankwam. Door diffussie zal benzoëzuur vanuit de bulk van het water aangevuld worden. Tijdens het aanvullen verplaatst het water zich echte rook een stukje. Hierdoor komt het grenslaagje water dat een deel van zijn benzoëzuur had afgestaan aan de olie weer bij een verse hoeveelheid olie. Opnieuw moet dit laagje water dus benzoëzuur afstaan. De nog niet eens aangevulde concentratie wordt dus nog lager gemaakt. Op deze menier ontstaat in het water een gradiënt vanuit het midden van het water naar de rand toe.
Voor het laagje olie geldt een andere situatie. Nadat de olie bij X voor het eerst in contact is gekomen met water én benzoëzuur is het toplaagje van de olie voorzien van zuur. Dieper in het laagje olie is nog geen zuur. Via diffusie verplaatsen moleculen van het zuur zich dieper de olielaag in. Zolang de concentratie benzoëzuur in het water groter is dan de concentratie die hoort bij de concentratie in de olie zal benzoëzuur naar de olielaag gaan. In de olie zal dus een concentratiegradient blijven bestaan vanaf de toplaag bij het water naar de onderkant van de olie tegen het dragermateriaal.
Op een bepaald moment zal de concentratie benzoëzuur in het water weer kleiner gaan worden. In de toplaag van de olie wordt de concentratie zuur daardoor groter dan nodig is voor evenwicht naar het water. Er zal weer benzoëzuur naar het water gaan. In de olielaag gaat is de maximum zuurconcentratie nu niet meer aan de bovenkant van de olielaag, maar er wat lager binnenin. Zuurmoleculen zullen vanaf dat punt naar twee kanten wegdiffunderen. Het duurt dus nog een tijdje voor zuurmoleculen weer allemaal onderweg zijn naar de buitenkant van de olielaag.
De dikte van de olielaag én de relatieve hoeveelheid van de waterbulk ten opzichte van de grenslaag bepalen hoe ver het evenwicht achterloopt bij het verplaatsen van de waterlaag. Bovendien is de verplaatsingsnelheid van invloed, want die bepaalt hoe snel het evenwicht van benzoëzuur in olie en water vertsoord wordt. Deze bijdrage aan het niet-ideaal zijn van de chromatografie is onafhankelijk van andere bijdragen. Als we dit in een formule plaatsen dan vinden we iets als
:::<math>HETP = K + C * v</math>
waarin
:::HETP: de schotelhoogte.
:::K: een constante waarin andere bijdragen aan de schotelhoogte zijn opgenomen.
:::C: de constante die beschrijft hoe het niet-evenwicht afhangt van de snelheid van de mobiele fase.
:::v: de snelheid van de mobiel fase.
=== Diffusie ===
In de vorige paragraaf is het feit dat diffusie met een beperkte snelheid verloopt verantwoordelijk gesteld voor het feit dat de instelling van het evenwicht enige tijd duurt, wat vervolgens betekent dat er in de praktijk een niet-ideale evenwichtsinstelling optreedt. Diffusie heeft ook op een andere wijze invloed op de minder dan ideale prestatie. Door het feit dat de diffusie -snelheid niet nul is wordt de band warain hte benzoëzuur zich bevindt steeds breder. Hoe langer het benzoëzuur onderweg is tussen het begin en het einde van de stationaire olielaag, hoe groter de bijdrage van diffussie aan een bredere band is. Omdat de tijd die het zuur nodig heeft tussen het begin en het einde van de stationaire fase geschreven kan worden als:
:::<math>tijd = {lengte stationaire fase}/{snelheid mobiele fase}</math>
Deze bijdrage aan het niet-ideaal zijn van de chromatografische scheiding is onafhankelijk van andere bijdragen, zodat een formule waarin dit wordt weergegeven de vorm heeft van:
:::math>HETP = K + B / v</math>
waarin
:::HETP: de schotelhoogte.
:::K: een constante waarin andere bijdragen aan de schotelhoogte zijn opgenomen.
:::B: de constante die beschrijft hoe de diffusie afhangt van de snelheid van de mobiele fase.
:::v: de snelheid van de mobiel fase.
=== Weglengte ===
Een laatste bijdrage aan het niet ideaal verlopen van de chromatografische scheiding vindt zijn oorzaak in de manier waarop de stationaire fase vastgehouden wordt. In de klassieke chromatografie bestaat de stationaire fase uit een dun laagje olie op zandkorreltjes. De mobiele waterfase beweegt zich tussen deze korreltjes door. De lengte van elk kanaaltje voor het water is verschillend. Dat betekent dat ondanks dat van buiten de tijd die een watermolecule aan het chromatografieproces deelneemt constant is, er in werkelijkheid moleculen zullen zijn die regelmatig de kortere route nemen, moleculen die gemiddeld uit komen, maar ook moleculen die steeds de langste weg nemen. Wat voor watermoleculen geldt, geldt ook voor de erin opgeloste benzoëzuurmoleculen. Zelfs als de twee eerder genoemde effecten geen bijdrage aan het minder ideaal verlopen van de scheiding leveren, zal deze bijdrage optreden. Het verschil in weglengte is onafhankelijk van de sne;heid van de mobiele fase. Net als voor de andere vormen is een wiskundige formulering mogelijk:
:::<math>HETP = K + A</math>
waarin
:::HETP: de schotelhoogte.
:::K: een constante waarin andere bijdragen aan de schotelhoogte zijn opgenomen.
:::A: de constante die beschrijft hoe de diffusie afhangt van de snelheid van de mobiele fase.
=== Uiteindelijke vorm van Deemtervergelijking ===
De van Deemtervergelijking in zijn totaliteit krijgt dan de volgende vorm:
:::<math>HETP = A + B / v + C * v</math>
waarin
:::HETP: de schotelhoogte
:::A: de bijdrage van weglengteverschillen aan de schotelhoogte
:::B: de constante die beschrijft hoe groot de diffusiebijdrage is aan de schotelhoogte
:::C: de constante die het niet-evenwichteffect als functie van de snelheid beschrijft.
In de diverse vormen van chromatografie hebben de verschillende bijdragen andere gewichten. Algemeen kan gesteld worden dat:
* Bij lage snelheid van de mobiele fase overheerst de diffusiebijdrage aan de HETP, terwijl deze bijdrage bij hogere snelheid verwaarloosbaar wordt.
* Bij lage snelheid is de bijdrage van niet-evenwicht verwaarloosbaar, terwijl deze factor bij stijgende snelheid van de mobiele fase steeds belangrijker wordt.
* Elke activiteit die leidt tot een kleinere spreiding in weglengte zal leiden tot een verbetering van de chromatografische scheiding.
| |||