Samenvatting · Scheikunde · vwo 5 Analytische technieken: chromatografie, spectrofotometrie en titratie

Welke kleurstoffen zitten er in een snoepje, hoeveel koper zit er in een oplossing en welke stof is er gevonden op een plaats delict? Zulke vragen beantwoord je met analytische technieken. Na deze samenvatting weet je hoe chromatografie, spectrofotometrie, massaspectrometrie en titratie werken, en wanneer je welke techniek kiest.

Kwalitatief en kwantitatief

Bij kwalitatieve analyse onderzoek je welke stoffen er in een monster zitten. Bij kwantitatieve analyse bepaal je hoeveel van een stof er is, bijvoorbeeld een concentratie.

Chromatografie

Bij chromatografie scheid je een mengsel doordat de stoffen verschillend snel meekomen met een stromende vloeistof of gas.

• De stationaire fase blijft op zijn plaats, bijvoorbeeld papier of een laagje silicagel op een plaatje.
• De mobiele fase (loopvloeistof of eluens) stroomt door de stationaire fase.
• Een stof die sterker aan de stationaire fase hecht, komt minder ver mee dan een stof die goed oplost in de mobiele fase.

Bij papierchromatografie zet je een stip van het mengsel op een startlijn, boven het vloeistofniveau. Je zet het papier in de loopvloeistof. Als het front van de vloeistof bijna bovenaan is, haal je het papier eruit en markeer je meteen de plaats van het front.

Je kunt een stof herkennen aan de Rf-waarde (retentiefactor):

De Rf-waarde ligt tussen 0 en 1 en is voor een stof vast bij een bepaalde combinatie van fases. Je vergelijkt vlekken van het mengsel met vlekken van bekende stoffen die je er op dezelfde plaat naast zet.

Gaschromatografie (GC) en vloeistofchromatografie (LC) gebruiken een kolom. Elke stof heeft een eigen retentietijd: de tijd tot hij de detector bereikt. De oppervlakte van de piek is een maat voor de hoeveelheid.

Spectrofotometrie

Een gekleurde oplossing absorbeert een deel van het licht. Een spectrofotometer meet hoeveel licht erdoorheen komt, bij een gekozen golflengte (meestal waar de stof het meeste absorbeert).

De extinctie $E$ geeft aan hoeveel licht is geabsorbeerd. Bij verdunde oplossingen geldt (wet van Lambert-Beer):

De extinctie is dus evenredig met de concentratie $c$ (bij een vaste laagdikte $l$ van de cuvet). Je gebruikt dat met een ijklijn:

Gebruik de ijklijn alleen binnen het gemeten gebied. Is een oplossing te geconcentreerd, dan verdun je hem eerst en reken je terug met de verdunningsfactor.

Infraroodspectroscopie

Bindingen in moleculen absorberen infrarood licht bij kenmerkende golfgetallen. In een IR-spectrum zie je dan dalen. Met een tabel in Binas herken je zo groepen: bijvoorbeeld een brede piek rond $3300{\text{cm}}^{-1}$ wijst op een O-H-groep, een scherpe piek rond $1700{\text{cm}}^{-1}$ op een C=O-groep. Zo kun je afleiden welke functionele groepen aanwezig zijn.

Massaspectrometrie

In een massaspectrometer worden moleculen positief geladen (geïoniseerd) en vallen vaak uiteen in brokstukken (fragmenten). De deeltjes worden gescheiden op de verhouding massa tot lading, $m/z$. Het spectrum laat per $m/z$ zien hoeveel deeltjes er zijn.

• De piek met de **hoogste $m/z$ is meestal het molecuulion: die geeft de molecuulmassa van de stof.
• De overige pieken zijn fragmenten. Het patroon is kenmerkend voor de structuur.

Titratie

Bij een titratie bepaal je de concentratie van een stof door een oplossing met een bekende concentratie, de titrant, uit een buret toe te voegen tot de reactie precies is voltooid.

• Het punt waarop de stoffen precies in de verhouding van de reactievergelijking hebben gereageerd, is het equivalentiepunt.
• Een indicator (of een pH-meter) laat zien dat je er bent. Je leest het toegevoegde volume af.

Nauwkeurig meten

• Herhaal een titratie tot de uitkomsten goed bij elkaar liggen (de eerste is meestal een oriënterende proef).
• Neem bij een ijklijn minstens vijf standaarden.
• Meet bij spectrofotometrie een blanco (de oplossing zonder de te bepalen stof) en trek die af.
• Geef je antwoord met het juiste aantal significante cijfers, niet meer dan de minst nauwkeurige meting.

Let op

• In chromatografie rekent $R_f$ vanaf de startlijn, niet vanaf de onderrand van het papier.
• De startstip mag niet onder het vloeistofniveau staan, anders lost het mengsel in de vloeistof op.
• De ijklijn gaat door de oorsprong: zonder stof is de extinctie 0.
• Bij een titratie reken je met de molverhouding uit de reactievergelijking, niet altijd 1 op 1.
• Een molecuulion is de piek met de hoogste $m/z$, maar niet altijd de hoogste piek.

In het kort

• Chromatografie scheidt stoffen met een stationaire en een mobiele fase; $R_f=\frac{\text{afstand stof}}{\text{afstand front}}$.
• Spectrofotometrie: extinctie is evenredig met de concentratie, ijklijn voor de onbekende.
• IR laat functionele groepen zien, massaspectrometrie de molecuulmassa en fragmenten.
• Titratie bepaalt een concentratie met een reactie bij het equivalentiepunt.
• Meet nauwkeurig: herhalen, blanco, juiste significantie.