|
Veel stoffen kunnen op
eenvoudige wijze gescheiden worden m.b.v. papierchromatografie, historisch
gezien een van de oudste scheidingstechnieken. Chromatografie
is het proces dat ons in staat stelt om gekleurde stoffen (pigmenten) te
onderscheiden. "Chromo" betekent kleur in het Grieks.
Het water in het papier vormt
een onbeweeglijke film rondom de cellulosemoleculen en heeft daardoor een
grote invloed op de mechanische eigenschappen van het papier.
Bij papierchromatografie wordt gebruik gemaakt van het feit dat de
gehydrateerde cellulosevezels, waaruit (filtreer)-papier voor >99% is
opgebouwd, een sterke capillaire zuigkracht bezitten, ook nadat ze
verzadigd zijn met waterdamp. De verklaring hiervoor is dat de met water
verzadigde vezelstructuur nog open kanaaltjes bezit, waardoor een
vloeistof kan worden opgezogen (deze hoeft niet mengbaar te zijn met
water).
Zo'n systeem kan dus gebruikt worden voor scheiding van stoffen op basis van
polariteit. Er stelt zich dan een verdelingsevenwicht in van een component
tussen de polaire waterlaag (de stationaire fase, het water is chemisch
gebonden aan het papier) en de a-polaire elutievloeistof (mobiele fase).
Ligt dit verdelingsevenwicht ver in de richting van de a-polaire fase, dan
zal de component 'snel' lopen (Rf = hoog). Bij een verdelingsevenwicht dat
aan de 'polaire' kant ligt zal de stof langzaam lopen (Rf = laag).
Bij de eendimensionale papierchromatografie wordt het papier in een enkele
richting geelueerd. Rf = retention factor - verhouding gelopen component
afstand tot vloeistoffront afstand. bv : vloeistoffront = 10 cm,
zwaartepunt component vlek = 2 cm dan Rf component = 0.2
Voor de vloeistofverdeling
geldt:
(c = concentratie in mol.m-3 ; V = volume van de fase in m3)
Aan de formule hierboven kunnen we zien dat de Rf waarde niet beïnvloedt
wordt door de opgebrachte hoeveelheid monster. De papierconstante, H, is
de verhouding tussen het volume van de vloeistof in de capillairen en van
de waterfilm, en afhankelijk van de manier waarop het papier is gemaakt
aangezien de grootte van de capillairen bepaald wordt door de porositeit
van de papiersoort. H wordt ook bepaald door de relatieve vochtigheid van
de omgeving, neemt deze toe dan neemt het papier meer water op. Men
probeert deze dan ook zo constant mogelijk te houden door de scheiding in
een afgesloten kamer uit te voeren, de chromatografiebak. Om verzadiging
met damp zo homogeen mogelijk te maken kan men langs de wand
filtreerpapier aanbrengen dat in de elutievloeistof steekt. Hierdoor is de
concentratie van de elutievloeistof-damp boven in de bak praktisch even
hoog als vlak boven het vloeistofoppervlak.
Vanwege het lineaire karakter van de verdelingsisotherm verwachten we mooie
ronde vlekken. Als neveneffect treedt er echter vaak adsorptie aan de
vezels op. Het gevolg is dat de scheiding niet alleen beïnvloedt wordt
door het verdelingsevenwicht maar ook door de adsorptie met als gevolg
staartvorming (tailing).
Meestal hanteer met bij papierchromatografie de stijgende methode waarbij
een strook papier in een ontwikkelkamer gehangen wordt. Afhankelijk van de
papiersoort is de stijgsnelheid (of loopsnelheid) tussen 12 en 38 cm per
uur. Deze wordt bepaald door:
- grensvlakspanning: de capillaire kracht neemt toe met de
grensvlakspanning van de loopvloeistof.
- viscositeit: de weerstand tegen vloeistofstroming door de
capillairen is afhankelijk van de samenstelling van de loopvloeistof en
neemt af als de temperatuur toeneemt.
- porositeit: een kleinere diameter betekent een grotere
capillaire kracht.
Als het
papier geen speciale behandeling heeft ondergaan, bestaat de stationaire
fase uit water gebonden aan cellulose vezels. Als gevolg daarvan heeft ze
een polair karakter. Meestal kiest men dan een minder polaire mobiele fase
(eluens). De combinatie noemt men dan “straight” of “normal phase”.
Door het papier op een speciale manier te prepareren kan het apolair
gemaakt worden. In combinatie met een polaire mobiele fase spreekt men van
“reversed phase”. |
