papierchromatografie

Het papier wordt opgehangen in een vat met daarin een ondiepe laag van een geschikt oplosmiddel of mengsel van oplosmiddelen. Het is belangrijk dat het niveau van het oplosmiddel zich onder de lijn met de vlekken erop bevindt. In het volgende diagram wordt niet in detail aangegeven hoe het papier wordt opgehangen, omdat er te veel mogelijkheden zijn om dit te doen en het het diagram onoverzichtelijk maakt. Soms wordt het papier gewoon tot een losse cilinder opgerold en boven en onder met paperclips vastgezet. De cilinder staat dan gewoon op de bodem van het vat.

De reden voor het afdekken van het vat is ervoor te zorgen dat de atmosfeer in het bekerglas verzadigd is met oplosmiddeldamp. Door de atmosfeer in het bekerglas met damp te verzadigen, wordt voorkomen dat het oplosmiddel verdampt wanneer het op het papier opstijgt.

Terwijl het oplosmiddel langzaam het papier opstijgt, verplaatsen de verschillende bestanddelen van de inktmengsels zich met verschillende snelheden en worden de mengsels gescheiden in verschillend gekleurde vlekken.

Het diagram laat zien hoe de plaat eruit zou kunnen zien nadat het oplosmiddel zich bijna naar de top heeft verplaatst.

Aan het uiteindelijke chromatogram is vrij gemakkelijk te zien dat de pen die de boodschap heeft geschreven, dezelfde kleurstoffen bevatte als pen 2. Ook is te zien dat pen 1 een mengsel van twee verschillende blauwe kleurstoffen bevat – waarvan er een dezelfde zou kunnen zijn als de enkele kleurstof in pen 3.

Rf-waarden

Sommige verbindingen in een mengsel leggen bijna even ver af als het oplosmiddel; andere blijven veel dichter bij de basislijn. De afgelegde afstand ten opzichte van het oplosmiddel is een constante voor een bepaalde verbinding, zolang al het andere constant blijft – het soort papier en de exacte samenstelling van het oplosmiddel, bijvoorbeeld.

De afgelegde afstand ten opzichte van het oplosmiddel wordt de Rf-waarde genoemd. Voor elke verbinding kan deze worden berekend met de formule:

Bijv. als één component van een mengsel 9,6 cm van de basislijn heeft afgelegd, terwijl het oplosmiddel 12,0 cm heeft afgelegd.0 cm heeft afgelegd, dan is de Rf-waarde voor dat bestanddeel:

In het voorbeeld dat we met de verschillende pennen hebben bekeken, was het niet nodig om de Rf-waarden te meten omdat je een directe vergelijking maakt door alleen naar het chromatogram te kijken.

U gaat ervan uit dat als twee vlekken in het chromatogram dezelfde kleur hebben en dezelfde afstand op het papier hebben afgelegd, het hoogstwaarschijnlijk om dezelfde verbinding gaat. Dat is natuurlijk niet noodzakelijkerwijs waar – er kunnen twee verbindingen zijn met dezelfde kleur en dezelfde Rf-waarde. Hoe je dat probleem kunt omzeilen, bekijken we verderop in dit artikel.

Wat als de stoffen waarin je geïnteresseerd bent kleurloos zijn?

In sommige gevallen is het mogelijk de vlekken zichtbaar te maken door ze te laten reageren met iets dat een gekleurd product oplevert. Een goed voorbeeld hiervan zijn chromatogrammen van aminozuurmengsels

Voorstel dat je een mengsel van aminozuren hebt en wilt weten welke aminozuren het mengsel bevat.

Een klein druppeltje van een oplossing van het mengsel wordt op de basislijn van het papier gelegd, en soortgelijke kleine stipjes van de bekende aminozuren worden ernaast gelegd. Het papier wordt vervolgens in een geschikt oplosmiddel geplaatst en men laat het op dezelfde wijze ontwikkelen. In het diagram is het mengsel M, en de bekende aminozuren zijn gelabeld van 1 tot 5.

De plaats van het oplosmiddelfront wordt met potlood aangegeven en het chromatogram laat men drogen en vervolgens wordt het bespoten met een oplossing van ninhydrine. Ninhydrine reageert met aminozuren en geeft gekleurde verbindingen, voornamelijk bruin of paars.

Het linker diagram toont het papier nadat het oplosmiddelfront bijna de top heeft bereikt. De vlekken zijn nog onzichtbaar. Het tweede diagram laat zien hoe het eruit zou kunnen zien na bespuiting met ninhydrine.

Het is niet nodig de Rf-waarden te meten omdat je de vlekken in het mengsel gemakkelijk kunt vergelijken met die van de bekende aminozuren – zowel aan de hand van hun posities als aan de hand van hun kleuren.

In dit voorbeeld bevat het mengsel de aminozuren met de labels 1, 4 en 5.

En wat als het mengsel andere aminozuren bevat dan die we ter vergelijking hebben gebruikt? Dan zouden er vlekken in het mengsel zijn die niet overeenkomen met die van de bekende aminozuren. Je zou het experiment opnieuw moeten uitvoeren met andere aminozuren ter vergelijking.

Twee-weg papierchromatografie

Twee-weg papierchromatografie omzeilt het probleem van het scheiden van stoffen die zeer vergelijkbare Rf-waarden hebben.

Ik ga het weer over gekleurde verbindingen hebben, omdat het veel gemakkelijker is om te zien wat er aan de hand is. Je kunt dit heel goed doen met kleurloze verbindingen – maar je moet nogal wat fantasie gebruiken om uit te leggen wat er aan de hand is!

Deze keer wordt een chromatogram gemaakt uitgaande van een enkele vlek mengsel die aan een kant van de basislijn is geplaatst. Het wordt in een oplosmiddel geplaatst zoals voorheen en men laat het staan totdat het oplosmiddelfront dicht bij de bovenkant van het papier komt

In het diagram is de plaats van het oplosmiddelfront met potlood aangegeven voordat het papier uitdroogt. Dit is aangeduid als SF1 – het oplosmiddelfront voor het eerste oplosmiddel. We zullen twee verschillende oplosmiddelen gebruiken.

Als je goed kijkt, kun je misschien zien dat de grote centrale vlek in het chromatogram deels blauw en deels groen is. Twee kleurstoffen in het mengsel hebben bijna dezelfde Rf-waarden. Het kan natuurlijk ook zijn dat ze allebei dezelfde kleur hebben – in dat geval kun je niet zien of er één of meer kleurstoffen in die vlek aanwezig zijn.

Wat je nu doet, is wachten tot het papier volledig is opgedroogd, en het dan 90° draaien, en het chromatogram opnieuw ontwikkelen in een ander oplosmiddel.

Het is zeer onwaarschijnlijk dat de twee verwarrende vlekken in het tweede oplosmiddel dezelfde Rf-waarden hebben als in het eerste, en dus zullen de vlekken met een verschillende hoeveelheid verschuiven.

Het volgende diagram laat zien wat er met de verschillende vlekken op het oorspronkelijke chromatogram zou kunnen gebeuren. De positie van het tweede oplosmiddelfront is ook aangegeven.

Je zou deze vlekken natuurlijk niet zowel op hun oorspronkelijke als op hun uiteindelijke positie zien – ze zijn verplaatst! Het uiteindelijke chromatogram zou er als volgt uitzien:

Tweewegchromatografie heeft het mengsel volledig gescheiden in vier afzonderlijke vlekken.

Als je de vlekken in het mengsel wilt identificeren, kun je dat natuurlijk niet doen met vergelijkingsstoffen op hetzelfde chromatogram, zoals we eerder hebben bekeken met de voorbeelden van pennen of aminozuren.

U kunt wel de Rf-waarden voor elke vlek in beide oplosmiddelen bepalen, en die vergelijken met waarden die u voor bekende verbindingen onder precies dezelfde omstandigheden hebt gemeten.

Hoe werkt papierchromatografie?

Hoewel papierchromatografie eenvoudig is om te doen, is het in vergelijking met dunnelaagchromatografie vrij moeilijk uit te leggen. De uitleg hangt tot op zekere hoogte af van het soort oplosmiddel dat je gebruikt, en veel bronnen verdoezelen het probleem volledig. Als u dat nog niet hebt gedaan, zou het nuttig zijn als u de uitleg over de werking van dunnelaagchromatografie zou lezen (link hieronder). Dat bespaart me een hoop herhaling, en ik kan me concentreren op de problemen.