Wat is chromatografie en hoe werkt het?

Chromatografie is een scheidingsmethode waarmee je de verschillende componenten in een mengsel van elkaar kunt scheiden. Het principe van chromatografie berust op twee stofeigenschappen:

1. Het verschil in oplosbaarheid van de stoffen in een loopvloeistof.
2. Het verschil in aanhechtingsvermogen van de stoffen aan een stationaire fase (bijvoorbeeld papier of een laagje silica).

Simpel gezegd: hoe beter een stof oplost in de loopvloeistof (de mobiele fase) en hoe slechter het hecht aan de stationaire fase, hoe verder het meebeweegt en hoe hoger het op het chromatogram komt. Dit evenwicht tussen de mobiele en stationaire fase noemen we het verdelingsevenwicht. Dit kun je weergeven met de vergelijking:

$A_m \rightleftarrows A_s$

Hierbij staat $A_m$ voor de concentratie van stof A in de mobiele fase en $A_s$ voor de concentratie van stof A in de stationaire fase.

Belangrijke begrippen hierbij zijn:

• Mobiele fase: Dit is de loopvloeistof (of gas) die beweegt en de stoffen meeneemt.
• Stationaire fase: Dit is het stilstaande materiaal, zoals papier, een laagje silica of een bekleding in een kolom, waaraan de stoffen kunnen hechten.
• RF-waarde: Dit is een karakteristieke waarde voor een stof en geeft de verhouding weer tussen de afstand die een vlek heeft afgelegd en de afstand die de loopvloeistof heeft afgelegd. De formule hiervoor is:

$Rf=\frac{afstand\;startlijn\;tot\;middelpunt\;vlekje}{afstand\;startlijn\;tot\;vloeistoffront}$

Er zijn verschillende vormen van chromatografie, zoals papierchromatografie en TLC (Thin Layer Chromatography), waarbij in plaats van papier een laagje silica op plastic wordt gebruikt.

Gaschromatografie (GC)

Een specifieke en veelgebruikte vorm van chromatografie is gaschromatografie (GC). Het grote verschil met de algemene uitleg is dat de mobiele fase hier een gas is. Dit gas, vaak een dragergas (zoals helium of stikstof), duwt het te analyseren monster door een kolom.

Zo werkt gaschromatografie in grote lijnen:

1. Injectie: Je injecteert een mengsel van stoffen in de gaschromatograaf. Als het monster vloeibaar is, wordt het eerst verwarmd zodat het verdampt en een gas wordt.
2. De Kolom: Het hart van de GC is de kolom, een dunne buis die vaak opgerold is en zich in een oven bevindt. De binnenkant van deze kolom is bekleed met de stationaire fase.
   • De keuze van de stationaire fase is erg belangrijk. Er zijn polaire en apolaire kolommen.
     • Een apolaire kolom heeft een voorkeur voor apolaire moleculen. Apolaire stoffen zullen hier langer in blijven hangen.
     • Een polaire kolom heeft juist een voorkeur voor polaire moleculen. Polaire stoffen zullen hier een langere retentietijd hebben.
3. Scheiding: Terwijl het dragergas het monster door de kolom duwt, interageren de verschillende stoffen in het monster op verschillende manieren met de stationaire fase. Stoffen die meer affiniteit hebben met de stationaire fase, blijven langer in de kolom hangen en bewegen langzamer.
4. Detectie: Aan het einde van de kolom meet een detector de stoffen die eruit komen. Dit resulteert in een chromatogram.

Een chromatogram is een grafiek met op de x-as de retentietijd ($t_r$) en op de y-as het detectorsignaal.

• De retentietijd is de tijd die een stof in de kolom heeft doorgebracht. Een langere retentietijd betekent een sterkere interactie met de stationaire fase.
• Met een chromatogram kun je zowel een kwalitatieve analyse (welke stoffen aanwezig zijn door retentietijden te vergelijken) als een kwantitatieve analyse (hoeveel van een stof aanwezig is door naar de piekoppervlakte te kijken) uitvoeren.