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:
    Rs=14⋅α−1α+1NR_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:

Rs=14⋅α−1α+1NR_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: $k' = \frac{tR - t0}{t_0}$
    • Praktische betekenis: Geeft aan hoe goed een component wordt vastgehouden.
  • Selectiviteitsfactor ($α$):
    • Definitie: Vermogen om twee componenten van elkaar te scheiden; formule: $α = \frac{k2'}{k1'}$
    • Praktische betekenis: Hogere waarde verhoogt de scheiding.
  • Schotelgetal ($N$):
    • Definitie: Maat voor kolomefficiëntie; formules:
    • $N = 16 * (\frac{tR}{wb})^2$
    • $N = 5.54 * (\frac{tR}{w{1/2}})^2$
  • Resolutie ($R_s$):
    • Definitie: Mate van scheiding tussen twee pieken; formule: $Rs = \frac{(t{R2} - t{R1})}{0.5 * (w{b1} + w_{b2})}$
  • 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.