Untitled

HU HOGESCHOOL UTRECHT

Inleiding Instrumentele Analyse

• Cursuscode: TCHM-IIAN2V-24
• Werkcollege 3: Rekenen aan chromatografie

Leerdoelen

• De begrippen scherp worden gedefinieerd en uitgerekend uit chromatogrammen:
  • Retentietijd
  • Retentiefactor
  • Selectiviteit
  • Schotelhoogte
  • Schotelgetal
  • Resolutie
• Factoren die de bovenstaande parameters beïnvloeden bij:
  • Gaschromatografie (GC)
  • Hoge-druk vloeistof chromatografie (HPLC)
• Na de les: vink de leerdoelen af om eigen kennis te evalueren.

Doel van de Cursus

• Deze cursus behandelt de basisprincipes van verschillende analysetechnieken:
  • Inleiding chromatografie
  • Instrumentatie
  • Rekenen aan chromatografie
  • Spectroscopie
  • Kwantitatieve analyse
  • Monstervoorbewerking

Programma van de Les

1. Partitie: basis van chromatografie
2. Scheidingsparameters en kwaliteit van de scheiding
3. Retentiefactor en selectiviteit
4. Schotelgetal en schotelhoogte
5. Resolutie
6. Asymmetrie

Vragen Ter Begrip

• Omschrijf de volgende termen in eigen woorden:
  1. Retentiefactor
  2. Selectiviteitsfactor
  3. Schotelhoogte
  4. Schotelgetal
  5. Resolutie
     • Definitie: mate van vertraging van een component op de stationaire fase.
     • Betekenis: vermogen van de stationaire fase om twee nabijgelegen pieken verschillend te vertragen.
     • Efficiëntie van de kolom wordt uitgedrukt door schotelhoogte/schotelgetal. Een kleinere schotelhoogte en een groter schotelgetal geven goede kolomefficiëntie aan.

Basis van Chromatografie

Scheiding Gebaseerd op Partitie (verdeling)

• Chromatografie:
  • Mobiele fase: A
  • Stationaire fase: Kc
  • Verdelingsconstante: k
  • Retentiefactor: k
  • Concentraties:
  • $C_M$: concentratie component in mobiele fase
  • $C_S$: concentratie component in stationaire fase
  • $n_M$: aantal mol component in mobiele fase
  • $n_S$: aantal mol component in stationaire fase
  • Volumes:
  • $V_M$: volume van de mobiele fase
  • $V_S$: volume van de stationaire fase
• Monstervoorbewerkingstechnieken:
  • SPE (Solid Phase Extraction)
  • LLE (Liquid Liquid Extraction)
  • Soxhlet extractie

Belangrijke Vragen bij Chromatografie

• Hoe goed is mijn scheiding?
• Kan de scheiding beter?
• Kan de analyse sneller?

Retentietijd ($t_R$)

• Wanneer komt mijn component uit de kolom?
• Deel van velocity $u$ als:
  • Retained: component vastgehouden in de stationaire fase
  • Unretained: component gaat sneller door de mobiele fase

Retentiefactor ($k$)

• Vraag: Hoe lang zit mijn component in de stationaire fase?
• Betekenis van $k = 0$

Selectiviteitsfactor ($α$)

• Vraag: Hoe ver liggen de pieken uit elkaar?
• Mogelijkheid om selectiviteit aan te passen afhankelijk van:
  • GC: kolomtype, temperatuur programmering, carrier gas, druk
  • HPLC: kolomtype, eluens, pH, temperatuur, flow rate

Kolomefficiëntie

Schotelgetal ($N$)

• Theoretical Plate Number (Nth):
  • $H = \frac{L}{N}$
  • Relatie met piekbreedte en retentietijd.
• Voorbeeld van schotelgetallen bij verschillende technieken:
  • Nth(1) = 10000
  • Nth(2) = 3500
  • Nth(3) = 2000

Resolutie in Chromatografie ($R_s$)

• Definitie: Resolutie van scheiding
• Formule:
  $R_s = \frac{1}{4} \cdot \frac{\alpha - 1}{\alpha} + \sqrt{\frac{1}{N}}$
• Parameters:
  • $α$: selectiviteitsfactor
  • $k$: retentiefactor
  • $N$: schotelgetal
  • $t_R$: retentietijd
  • $W$: piekbreedte

Evaluatie van een Nieuwe Methode

• Hoe efficiënt is de kolom?
• Is de methode goed genoeg om component X en Y te scheiden?
• Verbeteringsmogelijkheden:
  • Retentiefactor
  • Selectiviteitsfactor
  • Schotelgetal + schotelhoogte
  • Resolutie
  • Asymmetrie factor

Invloed van Parameters op Resolutie

Formule:

$R_s = \frac{1}{4} \cdot \frac{\alpha - 1}{\alpha} + \sqrt{\frac{1}{N}}$

• Aanpassingen bij slechte scheiding:
  1. Aan het begin van het chromatogram
  2. Aan het einde van het chromatogram

Asymmetrie Factor

• Definities:
  • Peak Front Asymmetry: A₁ = bla
  • Excellent: $A$ = 1.0 - 1.05
  • Acceptabel: A₁ = 1.2
  • Onacceptabel: A₁ = 2

Korte Terugblik op de Les

• Besproken Begrippen:
  • Retentietijd
  • Retentiefactor
  • Selectiviteit
  • Schotelhoogte
  • Schotelgetal
  • Resolutie
  • Enkele factoren die deze parameters beïnvloeden, zowel bij GC als HPLC.

Samenvatting

• Aankomende slides bevatten samenvattingen van de lesstof ter referentie.

Overzicht Chromatografie Termen

• Retentietijd ($t_R$): Tijd die een component nodig heeft om door de kolom te elueren na injectie.
• Dode tijd ($t_0$): Tijd die een niet-vertraagde component nodig heeft om door de kolom te elueren.
• Retentiefactor ($k$): Mate van vertraging van een component op de stationaire fase.
• Selectiviteitsfactor ($α$): Vermogen van de kolom om twee componenten van elkaar te scheiden.
• Schotelgetal ($N$): Maat voor efficiëntie van de kolom.
• Schotelhoogte ($H$): Hoogte van een theoretische schotel.
• Pieksymmetrie ($As$): Symmetrie van een piek.
• Resolutie ($R_s$): Mate van scheiding tussen twee pieken.

Parameter Definitie en Praktische Betekenis

• Retentiefactor ($k'$):
  • Definitie: Mate van vertraging ten opzichte van een onvertraagde component; formule: $k' = \frac{t<em>R - t</em>0}{t_0}$
  • Praktische betekenis: Geeft aan hoe goed een component wordt vastgehouden.
• Selectiviteitsfactor ($α$):
  • Definitie: Vermogen om twee componenten van elkaar te scheiden; formule: $α = \frac{k<em>2'}{k</em>1'}$
  • Praktische betekenis: Hogere waarde verhoogt de scheiding.
• Schotelgetal ($N$):
  • Definitie: Maat voor kolomefficiëntie; formules:
  • $N = 16 * (\frac{t<em>R}{w</em>b})^2$
  • $N = 5.54 * (\frac{t<em>R}{w</em>{1/2}})^2$
• Resolutie ($R_s$):
  • Definitie: Mate van scheiding tussen twee pieken; formule: $R<em>s = \frac{(t</em>{R2} - t<em>{R1})}{0.5 * (w</em>{b1} + w_{b2})}$
• Asymmetrie ($As$):
  • Definitie: Symmetrie van een piek; formule: $As = \frac{b}{a}$

Invloed van Parameters op Elkaar

• Retentiefactor ($k'$):
  • Beïnvloed door mobiele en stationaire fase, kolomtemperatuur.
  • Invloed: Verhoging van $k'$ verhoogt selectiviteit ($α$) en resolutie ($R_s$).
  • Let op: Te hoge $k'$ kan leiden tot piekverbreding.
• Selectiviteitsfactor ($α$):
  • Beïnvloed door mobiele en stationaire fase, kolomtemperatuur.
  • Invloed: Hogere $α$ verhoogt resolutie ($R_s$).
• Schotelgetal ($N$):
  • Beïnvloed door kolomlengte, deeltjesgrootte, flow rate.
  • Invloed: Verhoging van $N$ verlaagt schotelhoogte ($H$) en verhoogt resolutie ($R_s$).
• Resolutie ($R_s$):
  • Beïnvloed door $α$, $k$, en $N$.
  • Verhoogt met hogere $k'$, $α$, en $N$.
• Asymmetrie ($As$):
  • Beïnvloed door kolomafmetingen, flow rate, stationaire fase en temperatuur.
  • Slechte $As$ kan negatieve invloed hebben op resolutie ($R_s$) en schotelgetal ($N$).

Opdrachten Tijdens/Na de Les

• Beschikbaar op Canvas!
• Aansluiting bij de verworven vaardigheden.