Analytic Chemistry

# Introductie tot chromatografie en scheidingsmethoden Dit onderdeel introduceert het belang van scheidingsmethoden, met name voor het verwijderen van interferenties in analyses, en legt de principes uit van vloeistof-vloeistofextractie als een voorloper van chromatografie. ### 1.1 De noodzaak van scheidingsmethoden Analysetechnieken hebben vaak te kampen met onvoldoende selectiviteit, wat leidt tot interferenties door storende stoffen. Om dit probleem op te lossen, zijn scheidingsmethoden essentieel om deze interfererende componenten te verwijderen voordat de eigenlijke analyse plaatsvindt [3](#page=3). ### 1.2 Vloeistof-vloeistofextractie (LLE) Vloeistof-vloeistofextractie (LLE) is een veelgebruikte scheidingsmethode en een voorloper van chromatografie. Het principe berust op de verdeling van componenten van een mengsel tussen twee niet-mengbare vloeistoffen. Een voorbeeld hiervan is de extractie van dijood uit een waterige oplossing naar n-hexaan [4](#page=4) [5](#page=5). #### 1.2.1 Principe van LLE Bij LLE verdelen de componenten van een mengsel zich tussen twee immisicibele vloeistoffen, gebaseerd op hun verschillende affiniteit voor de desbetreffende fasen. Een enkele extractiestap leidt vaak niet tot een goede scheiding, maar door meerdere extractiestappen uit te voeren, waarbij zowel de bovenste als de onderste vloeistof herhaaldelijk worden geëxtraheerd, kan een volledige scheiding worden bereikt [5](#page=5). > **Tip:** De verschillende affiniteit van de componenten (analyt en storende stof) voor de twee fasen is cruciaal voor een succesvolle scheiding middels LLE. ### 1.3 Chromatografie: een geavanceerde scheidingstechniek Chromatografie omvat een reeks scheidingstechnieken waarbij componenten van een mengsel worden verdeeld tussen twee fasen: een stationaire fase en een mobiele fase. De mobiele fase stroomt langs de stationaire fase en transporteert de componenten van het mengsel met verschillende snelheden [6](#page=6). #### 1.3.1 Het chromatografische proces De snelheid waarmee een component zich verplaatst, is afhankelijk van de mate waarin deze interageert met de stationaire en de mobiele fase. Componenten met een grotere affiniteit voor de mobiele fase zullen sneller "elueren" (uitspoelen). Aan het uiteinde van de kolom wordt de mobiele fase door een detector geregistreerd, die de eluerende stoffen detecteert. Dit resulteert in een chromatogram, een grafische weergave van de scheiding [6](#page=6) [8](#page=8) [9](#page=9). > **Tip:** Chromatografie combineert zowel scheiding als detectie van componenten. ### 1.4 Indeling van chromatografische methoden Chromatografische technieken kunnen op verschillende manieren worden ingedeeld: #### 1.4.1 Indeling op basis van de mobiele fase * **Gaschromatografie (GC):** De mobiele fase is een gas [10](#page=10). * **Vloeistofchromatografie (LC):** De mobiele fase is een vloeistof [10](#page=10). #### 1.4.2 Indeling op basis van de configuratie van de stationaire fase * **Kolomchromatografie:** De stationaire fase bevindt zich in een glazen of metalen buis (kolom) [10](#page=10). * **Planaire chromatografie:** De stationaire fase is aangebracht op een plaat of op papier. Bij vloeibare stationaire fasen is deze doorgaans gebonden aan een vaste drager [10](#page=10). #### 1.4.3 Indeling op basis van het scheidingsmechanisme Dit type indeling is gerelateerd aan de aard van de stationaire fase: * **Verdelingschromatografie:** Scheiding gebaseerd op het verschil in oplosbaarheid van componenten tussen de mobiele en stationaire fase [12](#page=12). * **Adsorptiechromatografie:** Scheiding gebaseerd op het verschil in adsorptie van componenten aan het oppervlak van de stationaire fase [12](#page=12). * **Ionuitwisselingschromatografie:** Scheiding gebaseerd op de interactie van geladen componenten met geladen groepen op de stationaire fase [12](#page=12). * **Moleculaire zeef (gelfiltratie/gelpermeatie):** Scheiding gebaseerd op het verschil in molecuulgrootte, waarbij grotere moleculen sneller worden geëlueerd omdat ze de poriën van de stationaire fase niet kunnen binnendringen [12](#page=12). #### 1.4.4 Uitvoeringswijzen Afhankelijk van de configuratie kan de mobiele fase op verschillende manieren worden verplaatst: * **Planaire chromatografie:** * Capillaire krachten kunnen de mobiele fase omhoog laten stijgen op een plaat of papier [11](#page=11). * Zwaartekracht kan ook een rol spelen in de beweging van de mobiele fase [11](#page=11). * **Kolomchromatografie:** De mobiele fase wordt vaak onder druk door de kolom verplaatst [11](#page=11). ### 1.5 Courante chromatografische technieken Een overzicht van veelgebruikte technieken, ingedeeld naar mobiele fase, stationaire fase en mechanisme: | Techniek | Mobiele fase | Stationaire fase | Configuratie | Mechanisme | | :----------------------- | :----------- | :--------------- | :------------- | :-------------- | | Gas-Liquid (GLC) | gas | vloeistof | kolom | verdeling | | Liquid-Liquid (LLC) | vloeistof | vloeistof | kolom | verdeling | | Liquid-Solid (LSC) | vloeistof | vaste stof | kolom | adsorptie | | Paper Chromatography (PC)| vloeistof | papier | plaat | verdeling | | Thin Layer (TLC) | vloeistof | vaste stof | plaat | adsorptie | | Ion-Exchange (IEC) | vloeistof | hars | kolom | ionenuitwisseling | ### 1.6 Toepassingen van chromatografie Chromatografische technieken hebben diverse toepassingen: * **Eenvoudige scheidingen:** * Zuivering van producten, waarbij storende stoffen uit een mengsel worden gehaald die de analyse kunnen beïnvloeden [14](#page=14). * Controle van de zuiverheid van producten, bijvoorbeeld na chemische syntheses [14](#page=14). * **Analytische technieken (bv. GC, HPLC):** * Kwantitatieve bepaling van componenten in een mengsel na de scheiding [14](#page=14). --- # Chromatografische begrippen en theorie Dit deel van de studiehandleiding behandelt de fundamentele theoretische aspecten van chromatografie, gericht op de concepten die de kwaliteit en efficiëntie van scheidingen bepalen. ### 2.1 Verdelingsmechanisme Chromatografie berust op het principe dat verschillende componenten in een mengsel interageren met de stationaire fase (SF) en de mobiele fase (MF) op een verschillende manier. Deze differentiële interactie leidt tot scheiding [17](#page=17). ### 2.2 De verdelingscoëfficiënt ($K_D$) De verdelingscoëfficiënt ($K_D$) is een maat voor de affiniteit van een component voor de stationaire fase ten opzichte van de mobiele fase. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van de concentratie van een component in de stationaire fase ($C_s$) tot zijn concentratie in de mobiele fase ($C_m$) wanneer een evenwicht is ingesteld [18](#page=18). $$K_D = \frac{C_s}{C_m}$$ De verdelingscoëfficiënt is temperatuurafhankelijk [18](#page=18). ### 2.3 Chromatogram, retentietijd en retentievolume Een chromatogram visualiseert de scheiding van componenten over tijd. Verschillende termen zijn hierbij van belang: * **Retentietijd ($t_R$)**: De tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen en gedetecteerd te worden [19](#page=19). * **Dode tijd ($t_m$ of $t_0$)**: De tijd die de mobiele fase nodig heeft om de kolom te doorlopen. Dit is ook de tijd die een component die geen interactie heeft met de stationaire fase, nodig heeft om de kolom te passeren [19](#page=19). * **Gecorrigeerde retentietijd ($t'_R$)**: De retentietijd van een component, gecorrigeerd voor de dode tijd [19](#page=19). $$t'_R = t_R - t_m$$ Dit vertegenwoordigt de tijd die de component daadwerkelijk in de stationaire fase heeft doorgebracht [26](#page=26). * **Retentievolume ($V_R$)**: Het volume van de mobiele fase dat nodig is om een component te elueren [19](#page=19). $$V_R = t_R \times \text{stroomsnelheid van de mobiele fase}$$ * **Piekbreedte ($w$)**: De breedte van de elutiepiek, vaak gemeten aan de basislijn [19](#page=19). ### 2.4 Evaluatie van de scheiding: Resolutie ($R_s$) Resolutie is een maat voor de kwaliteit van de scheiding tussen twee componenten. Een hogere resolutie betekent een betere scheiding [20](#page=20). De resolutie kan worden berekend met de volgende formule, waarbij $\Delta t_R$ het verschil in retentietijden is en $w$ de gemiddelde piekbreedte aan de basis [21](#page=21): $$R_s = \frac{\Delta t_R}{\frac{w_1 + w_2}{2}}$$ Waarbij: * $\Delta t_R = t_{R2} - t_{R1}$ is het verschil in retentietijden van twee componenten. * $w_1$ en $w_2$ zijn de piekbreedtes van component 1 en 2 aan de basislijn. Een resolutie van 1 betekent een overlap van ongeveer 2,3% tussen de pieken. Een resolutie van 1,5 wordt vaak beschouwd als een goede scheiding, terwijl 2 de basislijnscheiding aangeeft [22](#page=22). **Voorbeeld van resolutieberekening:** Voor een chromatografische analyse van citroenolie worden de volgende gegevens verkregen voor limoneen en $\gamma$-terpineen [23](#page=23): * Limoneen: $t_R = 8,36$ min, $w_b = 0,64$ min * $\gamma$-Terpineen: $t_R = 9,54$ min, $w_b = 0,96$ min De resolutie ($R_s$) kan als volgt worden berekend [24](#page=24): $$R_s = \frac{2 \times (t_{R2} - t_{R1})}{w_{b1} + w_{b2}} = \frac{2 \times (9,54 - 8,36)}{0,64 + 0,96} = \frac{2 \times 1,18}{1,60} = 1,475$$ Deze waarde van 1,475 geeft aan dat de componenten goed gescheiden zijn, maar nog net geen basislijnscheiding vertonen [24](#page=24). #### 2.4.1 Het verbeteren van de resolutie De resolutie kan worden verbeterd door: * De interactie van de stoffen met de stationaire fase te verhogen (grotere retentiefactor $k'$), wat de selectiviteit ($\alpha$) ten opzichte van een andere component kan verhogen [25](#page=25). * Piekverbreding te verminderen, wat gerelateerd is aan de kinetiek en de kolomefficiëntie (hoger aantal platen $N$, kleinere plaathoogte $H$) [25](#page=25). ### 2.5 Interactie componenten met de stationaire fase: Retentiefactor ($k'$) of capaciteitsfactor De retentiefactor ($k'$) is een genormaliseerde maat voor de retentie van een component, onafhankelijk van de dode tijd van de kolom. Het geeft aan hoe sterk een component wordt weerhouden door de stationaire fase [26](#page=26). $$k' = \frac{t'_R}{t_m} = \frac{t_R - t_m}{t_m}$$ De retentiefactor is ook gerelateerd aan de verdelingscoëfficiënt ($K_D$), het volume van de stationaire fase ($V_s$) en het volume van de mobiele fase ($V_m$): $$k' = K_D \frac{V_s}{V_m} = \frac{n_s}{n_m}$$ Waarbij $n_s$ en $n_m$ de hoeveelheden van de stof in respectievelijk de stationaire en mobiele fase zijn [26](#page=26). * **Voorkeurswaarde:** Een retentiefactor tussen 1 en 10 wordt vaak als optimaal beschouwd voor goede scheidingen [26](#page=26). * **Aanpassing:** De retentiefactor kan worden aangepast door de temperatuur (GC, via temperatuurgradiënt) of de samenstelling van de mobiele fase (LC, via gradiënt-elutie) te wijzigen. Temperatuurswisselingen hebben met name invloed op de resolutie bij lage $k'$-waarden [26](#page=26) [27](#page=27). ### 2.6 Selectiviteit ($\alpha$) Selectiviteit is een maat die aangeeft in hoeverre twee componenten van elkaar te onderscheiden zijn in een chromatografische scheiding. Het is de verhouding van de verdelingscoëfficiënten of de retentiefactoren van twee componenten. Voor twee componenten 1 en 2, met $t'_{R2} > t'_{R1}$ [29](#page=29): $$\alpha = \frac{K_{D2}}{K_{D1}} = \frac{k'_2}{k'_1} = \frac{t'_{R2}}{t'_{R1}}$$ * **Interpretatie:** * Een grote $\alpha$ duidt op een grote afstand tussen de pieken, maar dit kan ook betekenen dat de scheiding meer tijd in beslag neemt dan strikt noodzakelijk [29](#page=29). * $\alpha = 1$ betekent dat er geen scheiding plaatsvindt tussen de componenten, omdat hun interactie met de stationaire fase identiek is [29](#page=29). * **Aanpassing:** De selectiviteit kan worden aangepast door: * De keuze van de stationaire fase (andere kolom) [29](#page=29). * De keuze van de mobiele fase (LC) of kolomtemperatuur (GC) [29](#page=29). ### 2.7 Kolomefficiëntie en piekverbreding Kolomefficiëntie is gerelateerd aan hoe smal de elutiepieken zijn. Een hogere efficiëntie leidt tot smallere pieken en dus tot een betere resolutie. Piekverbreding, het tegenovergestelde van efficiëntie, wordt veroorzaakt door verschillende factoren [25](#page=25): * **Eddy-diffusie (A*)**: Veroorzaakt door verschillen in de afgelegde weg die moleculen door de kolom nemen als gevolg van niet-homogene pakking van de stationaire fase [31](#page=31) [32](#page=32). * **Longitudinale diffusie (B*)**: De beweging van moleculen in de mobiele fase in de lengterichting van de kolom, gedreven door concentratiegradiënten [31](#page=31) [33](#page=33). * **Snelheid van stofoverdracht (C*)**: De weerstand tegen massatransfer wanneer een component tussen de stationaire en mobiele fase wisselt; er is geen snelle instelling van het evenwicht tussen de fasen [31](#page=31) [34](#page=34). ### 2.8 De schoteltheorie: Aantal theoretische platen ($N$) en plaathoogte ($H$) De schoteltheorie modelleert een chromatografische kolom als een reeks van ideale "schotels" (plates) waarin de concentraties in de mobiele en stationaire fase in evenwicht zijn [35](#page=35). * **Aantal theoretische platen ($N$)**: Een maat voor de scheidende kracht van de kolom. Hoe groter $N$, hoe efficiënter de kolom. Het kan worden berekend uit de retentietijd en de piekbreedte aan de basis [35](#page=35): $$N = 16 \left(\frac{t_R}{w_b}\right)^2$$ Een kolom met veel platen resulteert in smallere pieken [36](#page=36). * **Plaathoogte ($H$) of HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate)**: De gemiddelde hoogte van een theoretische plaat. Een kleinere plaathoogte ($H$) indiceert een hogere kolomefficiëntie [35](#page=35). $$H = \frac{L}{N}$$ Waarbij $L$ de lengte van de kolom is. ### 2.9 Optimalisatie van de scheiding Het optimaliseren van een chromatografische scheiding omvat het verbeteren van de resolutie, wat kan worden bereikt door het aanpassen van de volgende parameters, vaak gemodelleerd door de Van Deemter vergelijking: De relatie tussen het aantal platen ($N$) en de resolutie ($R_s$) kan worden uitgedrukt als [37](#page=37): $$R_s = \frac{\sqrt{N}}{4} \left(\frac{\alpha - 1}{\alpha}\right) \left(\frac{k'_2}{k'_2 + 1}\right)$$ Als $k'_1 \approx k'_2$, kan dit vereenvoudigd worden tot: $$R_s = \frac{1}{4} \sqrt{N} \frac{\alpha - 1}{\alpha} \frac{k'}{k' + 1}$$ Om de resolutie te verbeteren, kan men: * **De retentiefactor ($k'$) verhogen:** Dit kan door middel van temperatuurprogrammatie (GC) of gradiënt-elutie (LC). Een niet-selectieve verhoging van $k'$ kan de resolutie verbeteren [39](#page=39). * **De kolomselectiviteit ($\alpha$) verhogen:** Dit kan door het veranderen van de stationaire fase (GC/HPLC) of de mobiele fase (HPLC) [39](#page=39). * **De kolomefficiëntie verhogen ($N \uparrow$ of $H \downarrow$):** Dit wordt beïnvloed door de snelheid van de mobiele fase, zoals beschreven door de Van Deempter vergelijking [40](#page=40). #### 2.9.1 De Van Deemter vergelijking De Van Deemter vergelijking beschrijft de relatie tussen de plaathoogte ($H$) en de snelheid van de mobiele fase ($u$). Het houdt rekening met de bijdragen van eddy-diffusie (A), longitudinale diffusie (B) en snelheid van stofoverdracht (C) [41](#page=41). $$H = A + \frac{B}{u} + C u$$ * De **A-term** is onafhankelijk van de snelheid ($u$) en vertegenwoordigt de eddy-diffusie [41](#page=41). * De **B-term** is omgekeerd evenredig met de snelheid ($u$) en vertegenwoordigt de longitudinale diffusie. Bij hogere snelheden wordt de invloed van longitudinale diffusie kleiner [41](#page=41). * De **C-term** is evenredig met de snelheid ($u$) en vertegenwoordigt de weerstand tegen massatransfer (snelheid van stofoverdracht). Bij hogere snelheden neemt de invloed van de C-term toe [41](#page=41). Een optimale mobiele fase snelheid bestaat om de plaathoogte ($H$) te minimaliseren en daarmee de kolomefficiëntie ($N$) te maximaliseren [41](#page=41) [42](#page=42). ### 2.10 Invloed van kolomlengte De lengte van de kolom ($L$) beïnvloedt zowel de resolutie als de retentietijd. Een langere kolom vergroot het aantal theoretische platen ($N$) voor een gegeven plaathoogte ($H$), wat leidt tot een hogere resolutie, maar ook tot langere retentietijden [43](#page=43). $$N = L/H$$ --- # Gaschromatografie (GC) Gaschromatografie (GC) is een krachtige analytische techniek die wordt gebruikt voor de scheiding, identificatie en kwantificering van vluchtige verbindingen [50](#page=50). ### 3.1 Principes van Gaschromatografie #### 3.1.1 Het scheidingsprincipe GC berust op de verdeling van componenten in een mengsel tussen een mobiele fase en een stationaire fase [56](#page=56). * **Mobiele fase (MF):** Een inert gas, ook wel draaggas genoemd (bv. waterstof, helium, stikstof), dat de componenten door de kolom transporteert [52](#page=52). * **Stationaire fase (SF):** Meestal een vloeistof die thermisch stabiel is en een hoog kookpunt heeft, aangebracht op een dragermateriaal (gepakte kolom) of op de binnenwand van de kolom (capillaire kolom) [52](#page=52). De scheiding van componenten is afhankelijk van hun vluchtigheid (kookpunt/verdampingswarmte) en hun interactie met de stationaire fase. Componenten die sterker interageren met de stationaire fase of een lager kookpunt hebben, zullen langzamer door de kolom bewegen en dus later elueren [57](#page=57). #### 3.1.2 Toepasbaarheid GC is toepasbaar voor stoffen die in dampvorm gebracht kunnen worden zonder te ontbinden. Als stoffen niet vluchtig of thermisch instabiel zijn, kan derivatisatie worden toegepast om ze vluchtig en stabiel te maken voor GC-analyse [53](#page=53) [89](#page=89). ### 3.2 Apparatuur in GC De GC-opstelling bestaat uit verschillende kerncomponenten die samenwerken om de analyse uit te voeren [54](#page=54). #### 3.2.1 Gastoevoer De gastoevoer regelt de levering van gassen die nodig zijn voor de werking van het systeem. Dit omvat: * **Draaggas (Carrier gas):** Transporteert de analieten door de kolom. Keuzes zijn H2, He of N2, waarbij He en H2 vaak de voorkeur hebben vanwege hun efficiëntie over een breed scala aan flowsnelheden. De regeling kan op constante druk of constante flow gebeuren, wat belangrijk is bij temperatuurprogrammatie [58](#page=58) [59](#page=59). * **Make-up gas:** Soms toegevoegd aan de detectoruitlaat om de flow te verhogen. * **Detector Gas:** Gassen zoals H2 en lucht (voor FID) of Ar/N2 (voor andere detectoren) zijn afhankelijk van het specifieke detector type [58](#page=58). #### 3.2.2 Kolommen De kolom is het hart van de GC waar de scheiding plaatsvindt. Er zijn twee hoofdtypen: * **Gepakte kolommen:** Korte (2-6 m), dikkere (2-4 mm diameter) kolommen met de stationaire fase gesuspendeerd op kleine bolletjes. Ze kunnen grotere monsters injecteren (0.1-10 µl) [60](#page=60) [61](#page=61). * **Capillaire kolommen:** Lange (10-100 m), zeer dunne (0.25 mm diameter) kolommen waarbij de stationaire fase op de binnenwand is aangebracht. Ze bieden snellere analyses, betere scheidingen en vereisen zeer kleine monsterhoeveelheden (<0.02 µl). De hoeveelheid stationaire fase is hier zeer klein, wat kan leiden tot snelle overbelading en frontvorming van pieken als er te veel geïnjecteerd wordt [60](#page=60) [61](#page=61) [63](#page=63). De keuze van de stationaire fase (polair of apolair) beïnvloedt de oplosbaarheid van componenten en daarmee de scheiding [62](#page=62). #### 3.2.3 Injector De injector brengt het monster in de kolom, idealiter als een nauw bandje om piekverbreding te minimaliseren en zonder dat de analieten degraderen. Er zijn verschillende injectortypes [64](#page=64): * **Split/splitless injector:** * **Split-injectie:** Een groot deel van de monsterflow wordt via een splitkanaal afgevoerd, waardoor slechts een kleine fractie naar de kolom gaat. Dit is geschikt voor concentratie monsters en de splitratio kan ingesteld worden (bv. 20:1 tot 400:1). Voordelen zijn een smal analietband en de mogelijkheid om niet-vluchtige componenten achter te laten in de liner. Nadelen zijn de hoge injectortemperatuur die degradatie kan veroorzaken en dat componenten in de liner kunnen achterblijven [65](#page=65) [66](#page=66) [67](#page=67) [68](#page=68). * **Splitless-injectie:** De splitklep is tijdens de injectie gesloten. Het monster verdampt in de liner en wordt langzaam naar de kolom gevoerd, waardoor het als een nauw bandje aan het begin van de kolom condenseert (bij lage kolomtemperatuur). Na de transfer van het monster wordt de splitklep geopend. Dit is nuttig voor lagere concentraties en reproduceerbare injecties [69](#page=69) [70](#page=70) [71](#page=71). * **Programmed Temperature Vaporisation (PTV) injector:** Het monster wordt geïnjecteerd bij lage temperatuur met de splitpoort open. Het solvent verdampt, terwijl hoger kokende componenten in de liner concentreren. Daarna wordt de injector snel opgewarmd en de splitpoort gesloten [72](#page=72). * **Cool on column injectie (gepakt):** Het monster (klein volume) wordt direct op de kolom geïnjecteerd. De injector temperatuur is laag, maar hoger dan de oven temperatuur, waardoor minder vluchtige componenten aan het begin van de kolom condenseren [72](#page=72). * **Headspace analyse:** Analyseert vluchtige componenten in de gasfase boven een vloeistof of vaste stof. Het monster wordt in een afgesloten flesje geplaatst (eventueel verwarmd) en het evenwicht tussen de gas- en vloeistoffase wordt benut. Alleen de gasfase (headspace) wordt geïnjecteerd. Toepassingen zijn o.a. bloedalcoholbepalingen en drugs in haar [73](#page=73) [76](#page=76). * **SPME (Solid Phase Micro-Extraction):** Een vorm van headspace analyse waarbij vluchtige componenten adsorberen op een vezel [74](#page=74). #### 3.2.4 Kolomoven De kolomoven regelt nauwkeurig de temperatuur van de kolom, wat cruciaal is voor de scheiding [56](#page=56). * **Constante temperatuur:** Wordt gebruikt wanneer de componenten goed scheidbaar zijn bij één temperatuur [77](#page=77) [78](#page=78). * **Temperatuurprogrammatie:** De temperatuur van de kolom wordt stapsgewijs verhoogd tijdens de analyse. Dit verbetert de scheiding van vroeg eluerende pieken en geeft beter gevormde pieken voor laat eluerende componenten, wat de detectielimiet verhoogt. Bij temperatuurprogrammatie is het vaak wenselijk om met een constante lineaire snelheid van de mobiele fase te werken, wat vereist dat de druk wordt aangepast [78](#page=78) [79](#page=79). #### 3.2.5 Detector De detector meet de componenten die de kolom verlaten en zet de veranderingen in de gasstroom om in een elektrisch signaal. Het signaal wordt weergegeven als een chromatogram, waarbij de piekretentietijd de component identificeert en de oppervlakte onder de piek de concentratie aangeeft [80](#page=80) [81](#page=81). **Veelvoorkomende detectortypes:** * **Vlamionisatiedetector (FID):** Verbrandt organische componenten in een H2/lucht vlam, wat ionen genereert. Een aangelegde spanning zorgt voor een stroom die proportioneel is met de concentratie C-atomen. Zeer gevoelig voor organische verbindingen, maar niet geschikt voor de meeste anorganische stoffen [83](#page=83) [84](#page=84). * **Thermische Geleidbaarheidsdetector (TCD):** Meet de verandering in thermische geleidbaarheid van de gasstroom. Componenten die de kolom verlaten, veranderen de geleidbaarheid van het draaggas (bv. He of H2), wat een verandering in de weerstand van een filament veroorzaakt. Alle componenten zijn meetbaar, maar de detectielimiet is hoger dan bij FID [85](#page=85). * Voorbeeld relatieve thermische geleidbaarheden: Helium (5.97), Waterstof (7.15), Methaan (1.25), Koolstofdioxide (0.55) [86](#page=86). * **Electron Capture Detector (ECD):** Gebruikt een -straler om het draaggas te ioniseren. Aanwezigheid van stoffen met een hoge elektronenaffiniteit (elektronenvangers, bv. halogenen en nitro-groepen) verlaagt de stroomsterkte, waardoor selectieve detectie mogelijk is [87](#page=87). * **Massaspectrometer (MS):** GC-MS is een krachtige combinatie waarbij de MS de moleculaire massa en fragmentatiepatronen van de geëlueerde componenten analyseert, wat leidt tot een zeer specifieke identificatie [88](#page=88). ### 3.3 Voordelen en Nadelen van GC **Voordelen:** * Snelle analyse [89](#page=89). * Efficiënte scheiding [89](#page=89). * Lage detectielimieten [89](#page=89). * Hoge nauwkeurigheid (<1% RSD) [89](#page=89). * Kleine monsterhoeveelheid nodig (<1 ml) [89](#page=89). * Vlotte koppeling met Massaspectrometrie (MS) [89](#page=89). * Brede toepassingsmogelijkheden [89](#page=89). **Nadelen:** * Beperkt tot gemakkelijk te vervluchtigen en thermisch stabiele stalen (ongeveer 10-20%) [89](#page=89). * De meeste detectoren zijn destructief [89](#page=89). * Monster voorbereiding kan complex zijn [89](#page=89). ### 3.4 Toepassingen GC heeft een breed scala aan toepassingen in diverse velden: * **Milieu-analyse:** Organische polluenten in lucht, water en afvalwater, zoals VOC's, pesticiden en herbiciden [90](#page=90). * **Farmacie:** Analyse van geneesmiddelen, resterende solventen, en screening van geneesmiddelen in urine [90](#page=90). * **Forensisch onderzoek:** Identificatie van brandversnellers en explosieven [90](#page=90). * **Voedsel- en drankindustrie:** Analyse van aroma's, geurstoffen, en allergenen in cosmetica [90](#page=90) [93](#page=93). * **Klinische chemie:** Bloedalcoholbepalingen [90](#page=90). ### 3.5 Kwantitatieve Bepalingen Kwantificering in GC gebeurt meestal via chromatogram-integratie van piekoppervlaktes. Er zijn verschillende kalibratiemethoden: #### 3.5.1 Externe Kalibratie Een reeks standaarden met bekende concentraties wordt geanalyseerd om een kalibratierechte op te stellen (piekoppervlakte vs. concentratie). Deze methode is gevoelig voor variaties in injectievolume en monstervoorbereiding [94](#page=94) [95](#page=95). #### 3.5.2 Interne Standaard Methode Aan alle te analyseren monsters en standaarden wordt een bekende hoeveelheid van een interne standaard (IS) toegevoegd. De IS mag niet in het oorspronkelijke monster aanwezig zijn, moet vergelijkbare chemische eigenschappen hebben als de analiet, en apart meetbaar zijn met een eigen piek. De ratio van de piekoppervlakte van de analiet tot die van de IS wordt gebruikt voor de kwantificering [94](#page=94). **Voordelen van de interne standaard methode:** * Compenseert voor variaties in injectievolume en monstervoorbereiding, wat leidt tot een hogere nauwkeurigheid en reproduceerbaarheid (bv. RSD van 0.51% vergeleken met 22.8% bij externe standaard) [95](#page=95). * Is wenselijk bij manuele injecties, headspace analyse, en monstervoorbereidingen met extractie of derivatisatie waarbij verliezen kunnen optreden [99](#page=99). **Keuze van de interne standaard:** * Niet aanwezig in de stalen [100](#page=100). * Structureel en fysisch/chemisch vergelijkbaar met de analiet [100](#page=100). * Bij voorkeur elueert de IS na de analiet [100](#page=100). * Stabiel en met een gekende concentratie [100](#page=100). #### 3.5.3 Oefeningen en Stappenplan voor Kalibratiemethoden De analyse van gegevens voor kwantificering vereist een gestructureerde aanpak : 1. **Gegevens noteren/visualiseren:** Specificeer massa's en volumes duidelijk. Visualiseer complexe procedures . 2. **Analyseer gegevens:** Identificeer de gebruikte kalibratiemethode (bv. éénpunts of meerpunts) . 3. **Kalibratierechte opstellen (indien niet gegeven):** Bepaal de assen (bv. x-as: concentratie analiet, y-as: piekoppervlakte of ratio) . 4. **Bereken concentratie in gemeten oplossing:** Gebruik de meetwaarde van het staal en de kalibratierechte . 5. **Reken terug naar gevraagde eenheid:** Houd rekening met verdunnings-/concentratiefactoren en relevante volumes/massa's . **Voorbeeld:** Een oefening demonstreert de berekening van pesticide residu's met een interne standaard, waarbij de ratio van piekoppervlaktes wordt gebruikt om de concentratie van heptachloor epoxide (HCE) te bepalen . > **Tip:** Bij het opstellen van kalibratierechten is het cruciaal om de juiste eenheden en relaties tussen analiet en interne standaard correct toe te passen, vooral wanneer er complexe monstervoorbereidingen aan voorafgaan [99](#page=99). --- # Vloeistofchromatografie (LC) en High Performance Liquid Chromatography (HPLC) Dit gedeelte biedt een gedetailleerd overzicht van vloeistofchromatografie, met een specifieke focus op de principes, componenten, en toepassingen van High Performance Liquid Chromatography (HPLC) . ### 4.1 Algemene principes van vloeistofchromatografie Vloeistofchromatografie (LC) omvat verschillende technieken die gebaseerd zijn op de scheiding van componenten in een mengsel door middel van een stationaire en een mobiele fase. De belangrijkste scheidingsmechanismen zijn adsorptie, verdeling, ionenuitwisseling, gelfiltratie en affiniteitschromatografie. LC kan worden onderverdeeld in planaire chromatografie (zoals dunne laag chromatografie - TLC) en kolomchromatografie. Kolomchromatografie wordt verder onderverdeeld in preparatieve chromatografie (voor scheiding en zuivering van grotere hoeveelheden) en analytische chromatografie (voor kwantitatieve analyse) . ### 4.2 High Performance Liquid Chromatography (HPLC) HPLC vertegenwoordigt een geavanceerdere vorm van kolomchromatografie die is ontworpen voor snellere en efficiëntere scheidingen. Het belangrijkste verschil met klassieke kolomchromatografie is het gebruik van kleinere deeltjes voor de stationaire fase, wat resulteert in een groter contactoppervlak en een snellere doorgang van de mobiele fase door de kolom. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van hoge drukken (tot wel 400-600 bar) om de mobiele fase door de kolom te persen . #### 4.2.1 Vergelijking met klassieke kolomchromatografie | Kenmerk | Klassieke kolomchromatografie | HPLC | | ------------------ | ----------------------------- | --------------------------- | | Kolommateriaal | Glas, plastic | Staal, PEEK | | Diameter kolom | > 1 cm | 0,2 – 0,8 cm | | Deeltjesgrootte (µm) | 100 – 150 | 3 – 10 | | Druk (bar) | 0,05 – 0,1 | > 200 (1000-4000 psi) | | Duur | Lang: uren | Kort: minuten | | Toepassing | Preparatief | Analytisch | #### 4.2.2 Stationaire fase (SF) De stationaire fase in HPLC is doorgaans gebaseerd op silica deeltjes, die amorf zijn en een diameter hebben van ongeveer 4 µm. Kleinere deeltjes in de stationaire fase leiden tot een vermindering van de 'A-term' (eddy diffusie) en de 'C-term' (diffusieafstand in partikels) in de Van Deempter vergelijking, wat resulteert in een hogere efficiëntie van de kolom en een snellere evenwichtsinstelling. Het gebruik van kleinere deeltjes vereist echter hogere druk . De stationaire fase kan vast (bv. silica) of een vloeistof-film zijn die gecoat of chemisch verankerd is op een drager. De aard van de stationaire fase kan polair of apolair zijn. Chemisch verankerde stationaire fasen op silica dragers, met de mogelijkheid tot 'end-capping' om de vrije silanolgroepen te neutraliseren, worden veelvuldig gebruikt. De stabiliteit van de stationaire fase is afhankelijk van de pH van de mobiele fase . ##### 4.2.2.1 Normale fase (NP) versus omgekeerde fase (RP) HPLC * **Normale fase (NP-HPLC):** De stationaire fase is polairder dan de mobiele fase. Voorbeelden van stationaire fasen zijn silica, of cyano- of amino-groepen gebonden aan de drager. De mobiele fase bestaat uit apolaire organische solventen zoals hexaan, diethylether, chloroform, of ethylacetaat. NP-HPLC wordt toegepast voor hydrofobe componenten wanneer RP niet geschikt is . * **Omgekeerde fase (RP-HPLC):** De stationaire fase is apolairder dan de mobiele fase. Typische stationaire fasen zijn silica met lange C-ketens, zoals C8 of C18. De mobiele fase bestaat uit water (vaak met een buffer tussen pH 3 en 7) en een organisch oplosmiddel zoals methanol, acetonitrile, of tetrahydrofuran (THF) . RP-HPLC is over het algemeen de voorkeursmethode vanwege het gebruik van minder droge, minder gevaarlijke solventen in vergelijking met NP-HPLC. De keuze tussen NP-HPLC en RP-HPLC hangt af van de aard van de te scheiden componenten, waarbij de interactie tussen analiet, mobiele fase en stationaire fase een cruciale rol speelt . #### 4.2.3 Mobiele fase De mobiele fase speelt een essentiële rol in het scheidingsproces en de keuze ervan is afhankelijk van de stationaire fase, de aard van de te scheiden componenten en de gewenste polariteit en selectiviteit. De mobiele fase mag niet reageren met de stationaire fase . * **Sterke en zwakke eluenten:** Een sterk eluens heeft een polariteit die vergelijkbaar is met die van de stationaire fase, wat leidt tot een sterke interactie tussen de mobiele fase en de stationaire fase. Een zwak eluens heeft een polariteit die verschilt van de kolom. Hoe meer de mobiele fase lijkt op de stationaire fase, hoe sneller en minder selectief de scheiding zal zijn, omdat de mobiele fase in competitie treedt met de analieten voor kolominteracties . Veelgebruikte mobiele fasen bij RP-HPLC zijn mengsels van water (of buffer) met organische solventen zoals methanol of acetonitrile. Andere belangrijke eigenschappen van de mobiele fase zijn de viscositeit en de elutiesterkte . > **Tip:** Bij UV-detectie is het belangrijk om rekening te houden met de absorptie van de mobiele fase bij de gekozen golflengte . * **Iso-eluotrope mobiele fase:** Een mobiele fase met dezelfde elutiesterkte, wat betekent dat de eluatie binnen dezelfde tijd plaatsvindt, maar mogelijk met een verschillende selectiviteit . #### 4.2.4 Eluatiemethoden Er zijn twee primaire eluatiemethoden in HPLC: * **Isocratische eluatie:** De samenstelling van de mobiele fase blijft constant gedurende de gehele analyse. Dit is geschikt voor eenvoudige scheidingen . * **Gradiënt elutie:** De samenstelling van de mobiele fase wordt gedurende de analyse gevarieerd, meestal van een zwak naar een sterk eluens. Na de analyse wordt de samenstelling van het eluens teruggebracht naar de initiële waarde om de kolom te laten equilibreren voor de volgende analyse. Gradiënt elutie is nuttig voor monsters met een breed bereik aan retentie-eigenschappen, waardoor zowel snel eluerende als langzaam eluerende componenten efficiënt gescheiden kunnen worden . De pH van de mobiele fase kan de selectiviteit van de scheiding aanzienlijk beïnvloeden, met name voor ioniseerbare componenten . #### 4.2.5 Apparatuur voor HPLC Een typisch HPLC-systeem is modulair opgebouwd en bestaat uit de volgende componenten: 1. **Vloeistofreservoir:** Bevat de mobiele fase. De mobiele fase moet vrij zijn van vaste deeltjes en opgelost gas, daarom wordt filtratie aanbevolen . 2. **Ontgasser:** Verwijdert opgeloste gassen uit de mobiele fase, hetzij automatisch of handmatig . 3. **Pomp:** Levert de mobiele fase onder hoge druk (tot 400-600 bar) zonder pulsen, met een debiet van 0,1 tot 10 ml/min. Dubbele pistonpompen worden vaak gebruikt . * **Menging:** De menging van solventen kan plaatsvinden op hoge druk (na aanzuiging door de pomp) of op lage druk (voordat de pomp de solventen aanzuigt) . 4. **Guard column (pre-column):** Een korte kolom (ongeveer 2 cm) die vóór de analytische kolom wordt geplaatst. Deze vangt componenten op die sterke retentie vertonen op de analytische kolom of die de kolom kunnen aantasten, ter bescherming van de analytische kolom. Guard columns worden regelmatig vervangen . 5. **Kolom:** De stationaire fase is verpakt in een kolom die hoge drukken kan weerstaan. Kolommen zijn meestal gemaakt van roestvrij staal of PEEK, met lengtes van 5-25 cm en interne diameters van 1-5 mm . 6. **Injector:** Maakt het mogelijk om het monster in de onder hoge druk staande mobiele fase te injecteren. Een klep met 6 uitgangen wordt hiervoor gebruikt. De injectie gebeurt met behulp van een lus van een bepaald volume . 7. **Detector:** Detecteert de componenten die de kolom verlaten. Gangbare detectoren zijn: * **UV-spectrofotometer:** Werkt met een kleine doorstroomcel (1-10 µl) en selecteert een vaste golflengte . * **UV Photodiode Array (DAD) detector:** Kan het volledige UV-spectrum van de eluerende componenten afscannen, wat helpt bij piekidentificatie en zuiverheidsbeoordeling . * **Fluorescentiedetector:** Specifiek voor fluorescerende moleculen. Derivatisatie kan worden gebruikt om niet-fluorescerende moleculen detecteerbaar te maken . * **Conductometrische detector:** Meet de geleidbaarheid van de mobiele fase en is geschikt voor ionenuitwisseling chromatografie (IEC) . * **Massaspectrometrie (MS):** Componenten worden na de kolom geïoniseerd en gescheiden op basis van hun massa/lading verhouding . #### 4.2.6 Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC) UHPLC (ook wel UPLC genoemd) maakt gebruik van nog kleinere deeltjes (< 2 µm) in de kolom en zeer hoge drukken (tot wel 1000 atm). Dit resulteert in een significant hogere efficiëntie, snellere analyses, hogere resolutie en verbeterde gevoeligheid, met een lager solventverbruik. Nadelen zijn onder andere een verhoogd risico op dichtslibben door de zeer kleine deeltjes, een meer veeleisende monsterbereiding, een kortere levensduur van de kolom en de noodzaak van apparatuur die de zeer hoge druk aankan . #### 4.2.7 Monolithische kolommen Monolithische kolommen bevatten een continue poreuze silica structuur in plaats van afzonderlijke deeltjes. Voordelen van deze kolommen zijn werking bij lagere drukken, snelle analyses, een lange levensduur en geen noodzaak voor uitgebreide monsterbereiding . ### 4.3 Toepassingen van HPLC HPLC wordt in diverse analytische gebieden toegepast, waaronder de analyse van de samenstelling en zuiverheid van geneesmiddelen, metabolieten in serum, peptiden, pesticiden, en vitaminen. Een specifiek voorbeeld is de analyse van fluoxetine in serum, waarbij Solid Phase Extraction (SPE) wordt gebruikt voor opzuivering, gevolgd door HPLC met een C8-kolom en fluorescentiedetectie . Oefeningen illustreren de praktische toepassing van HPLC, zoals de bepaling van polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) in bodemmonsters met behulp van extractie, HPLC en UV-Vis of fluorescentie detectie, waarbij kwantificatie plaatsvindt op basis van meetwaarden en een trendlijn . --- # Massaspectrometrie (MS) Massaspectrometrie is een techniek die atomen en moleculen ioniseert en fragmenteert, waarna de gevormde ionen worden geanalyseerd op basis van hun massa-tot-lading-verhouding ($m/z$) om structurele en kwantitatieve informatie te verkrijgen . ### 5.1 Principe van Massaspectrometrie Het principe van massaspectrometrie omvat drie hoofdfasen: ionisatie, scheiding van ionen op basis van $m/z$, en detectie. De techniek is destructief, in tegenstelling tot UV-Vis spectrometrie . #### 5.1.1 Ionisatie en Fragmentatie Moleculen in gasfase worden blootgesteld aan energie die groter is dan hun ionisatie-energie, wat resulteert in het verwijderen van een elektron en de vorming van een moleculair ion (radicaalkation). Dit moleculaire ion is vaak instabiel en ondergaat fragmentatie, waarbij kleinere ionen ontstaan . > **Voorbeeld:** Propaan kan na ionisatie fragmenteren . > **Voorbeeld:** Ethylbenzeen toont een moleculair ion en fragmentpieken, waaronder een basispiek . > **Voorbeeld:** Dichlorvos laat zien hoe isotopen (zoals chloor) zichtbaar zijn in het massaspectrum . #### 5.1.2 Opbouw van een Massaspectrometer Een massaspectrometer bestaat uit drie basisonderdelen: een ionenbron, een massa-analysator, en een ionen-detector. Een inlaat verzorgt de introductie van het monster. Voor GC-MS vindt ionisatie plaats onder verlaagde druk terwijl LC-MS ionisatie bij atmosferische druk gebruikt . ### 5.2 Ionisatiebronnen De keuze van de ionisatiebron is cruciaal en afhankelijk van factoren zoals molaire massa, oplosbaarheid en polariteit van het monster . #### 5.2.1 Elektron Impact (EI) Bij elektron impact (EI) worden moleculen in gasfase beschoten met energetische elektronen, wat leidt tot de vorming van moleculaire ionen en fragmentatie (#page=169, page=170, page=171). Dit is een "harde" ionisatiemethode, geschikt voor relatief kleine, vluchtige, en thermisch stabiele organische moleculen . #### 5.2.2 Chemische Ionisatie (CI) Chemische ionisatie (CI) is een "zachtere" ionisatiemethode die ionen vormt door botsingen tussen analytemoleculen en reagent-ionen, die op hun beurt geïoniseerd zijn door elektronimpact (#page=172, page=173). Dit leidt tot minder fragmentatie en meer moleculaire ionen, wat nuttig is voor het bepalen van de molaire massa. Het is geschikt voor kleinere organische moleculen . > **Tip:** EI en CI zijn de meest toegepaste ionisatiebronnen bij GC-MS . > **Voorbeeld:** Vergelijking van EI en CI spectra voor een molecuul met molaire massa 299 . #### 5.2.3 Elektrospray Ionisatie (ESI) Elektrospray ionisatie (ESI) is geschikt voor thermisch gevoelige, niet-vluchtige en grotere biomoleculen die niet met EI of CI geanalyseerd kunnen worden. Het vindt plaats bij atmosferische druk en wordt vaak gebruikt in combinatie met (HP)LC-MS. Het proces omvat de vorming van geladen druppels, solventverdamping, en Coulomb-explosies totdat gasvormige ionen vrijkomen (#page=176, page=177, page=178, page=179) . #### 5.2.4 Atmosferische Druk Chemische Ionisatie (APCI) APCI wordt gebruikt voor moleculen die thermisch stabiel zijn en een relatief lage molaire massa hebben. Het eluaat wordt verneveld, het solvent verdampt, en de analytmoleculen worden geïoniseerd via een corona-ontlading naald en interactie met geïoniseerde mobiele fase moleculen (#page=181, page=182) . #### 5.2.5 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionisation (MALDI) MALDI is een niet-destructieve methode voor de verdamping en ionisatie van kleine en grote biomoleculen. Analieten worden gemengd met een matrix die UV-straling absorbeert. Bestraling met een laserpuls zorgt voor snelle opwarming en sublimatie van de matrix, waarbij de analietmoleculen worden meegesleurd en geïoniseerd door protonoverdracht. MALDI wordt typisch gecombineerd met een Time-of-Flight (TOF) analysator . ### 5.3 Massa-Analysatoren Massa-analysatoren scheiden ionen op basis van hun $m/z$-verhouding. Belangrijke kenmerken zijn massa-resolutie ($m/\Delta m$), massa-accuraatheid, en massabereik (dynamic range) . #### 5.3.1 Magnetische Sector Analysator In een magnetische sector analysator worden ionen versneld in een elektrisch veld en vervolgens afgebogen door een magnetisch veld. De afbuiging, en daarmee het ionenpad, is afhankelijk van de $m/z$-verhouding, snelheid en magnetische veldsterkte. Door variatie van het elektrische of magnetische veld kunnen ionen met verschillende $m/z$-verhoudingen de detector bereiken. Een dubbel-focuserende analysator combineert een magnetische en een elektrostatische sector om de kinetische energie van de deeltjes te egaliseren . #### 5.3.2 Quadrupool Analysator Een quadrupool analysator bestaat uit vier parallelle metalen staven waarop afwisselend positieve en negatieve spanningen worden aangelegd. Ionen maken een oscillerende beweging, en alleen ionen met een specifieke $m/z$-verhouding volgen een stabiel traject en bereiken de detector (#page=193, page=194). Het variëren van de spanning maakt $m/z$-scanning mogelijk . #### 5.3.3 Time-of-Flight (TOF) Analysator Bij een Time-of-Flight (TOF) analysator wordt een puls van ionen versneld en passeert deze door een vacuümbuis naar een detector. De tijd die de ionen nodig hebben om de detector te bereiken (de "time of flight") is afhankelijk van hun snelheid, welke bepaald wordt door hun massa/lading-verhouding. TOF-analysatoren worden vaak gecombineerd met zachte ionisatietechnieken zoals MALDI. De resolutie kan verhoogd worden met een "ion reflectron" . #### 5.3.4 Tandem MS (MS-MS of MS²) Tandem massaspectrometrie (MS-MS) maakt gebruik van twee massa-analysatoren gescheiden door een botsingscel (#page=199, page=200). In de eerste analysator wordt een specifiek ion geselecteerd, waarna dit ion in de botsingscel fragmenteert bij botsing met een inert gas. De resulterende fragmenten worden vervolgens door de tweede analysator gescheiden. Dit is nuttig voor structurele analyse, bijvoorbeeld bij proteïne sequencing . ### 5.4 Detectoren Detectoren registreren de hoeveelheid ionen die de massa-analysator bereiken. Een veelgebruikte detector is de elektronen-vermenigvuldiger (electron multiplier), die werkt via secundaire elektronemissie . ### 5.5 Scan Methoden en Output Massaspectrometrie kan verschillende scan methoden gebruiken, wat resulteert in diverse data-outputs. #### 5.5.1 Total Ion Current (TIC) Bij Total Ion Current (TIC) wordt elke scan een volledig massabereik geregistreerd. De totale ionenstroom van elke scan wordt weergegeven als intensiteit ten opzichte van de tijd . #### 5.5.2 Single/Selected Ion Monitoring (SIM) Single Ion Monitoring (SIM) of Selected Ion Monitoring (SIM) laat slechts een zeer klein massabereik (bijvoorbeeld $\Delta m/z = 1$) door naar de detector, wat leidt tot een verhoogde gevoeligheid en lagere limieten voor detectie (LOD) . #### 5.5.3 Selected Reaction Monitoring (SRM) Selected Reaction Monitoring (SRM) wordt toegepast op tandem MS-systemen (zoals QQQ/MS²). Hierbij wordt één $m/z$ geselecteerd, gefragmenteerd, en vervolgens één specifiek fragment gemonitord. Dit is zeer effectief voor het uitschakelen van interferenties in complexe matrices, hoewel dit gepaard kan gaan met een verlies aan gevoeligheid . > **Voorbeeld:** Detectie van een specifieke pesticide met behulp van GC/MS in SIM-modus, met selectie van bepaalde $m/z$-waarden . --- # Capillaire Elektroforese (CE) Capillaire elektroforese (CE) is een scheidingstechniek die gebruik maakt van een aangelegd elektrisch veld om analytische componenten te scheiden binnen een dunne capillaire buis gevuld met een geleidend medium [10](#page=10) [5](#page=5). ### 6.1 Algemene principes van elektroforese Elektroforese is gebaseerd op de beweging van geladen deeltjes in een geleidend medium onder invloed van een aangelegd elektrisch veld. Kationen bewegen naar de kathode (negatieve elektrode) en anionen bewegen naar de anode (positieve elektrode). De snelheid van deze beweging is afhankelijk van de lading van het deeltje, de sterkte van het elektrische veld, de viscositeit van het medium en de grootte van het deeltje [12](#page=12) [3](#page=3). Traditionele gelelektroforese kent nadelen zoals lange analysetijden, lage efficiëntie en het ontbreken van automatisering, waardoor CE als een geavanceerd alternatief is ontstaan [4](#page=4). ### 6.2 Principe van capillaire elektroforese Bij CE wordt een waterige bufferoplossing in een dun capillair buisje (interne diameter van 25-75 µm en lengte van 30-100 cm) geplaatst. Na injectie van een monster wordt een hoge spanning aangelegd, waardoor de componenten door de kolom migreren en gedetecteerd worden, resulterend in een elektroferogram [6](#page=6) [9](#page=9). #### 6.2.1 Scheidingsmechanismen De scheiding in CE is gebaseerd op de relatieve snelheden waarmee de analytische componenten bewegen, welke worden beïnvloed door twee hoofdmechanismen: * **Elektroforetische snelheid/mobiliteit ($\mu_{ef}$)**: Dit is de snelheid waarmee een geladen deeltje beweegt onder invloed van het aangelegde elektrische veld ($E$). De formule hiervoor is: $$v = \mu_{ef} E$$ [12](#page=12). waarbij $\mu_{ef}$ de elektroforetische mobiliteit is, gedefinieerd als: $$\mu_{ef} = \frac{q}{6\pi\eta r}$$ [12](#page=12). Hierbij is $q$ de lading van het deeltje, $\eta$ de viscositeit van het milieu, en $r$ de straal van het deeltje [12](#page=12). * **Elektro-osmotische flow (EOF)**: Dit is de stroming van de bufferoplossing in het capillair, voornamelijk veroorzaakt door de lading op de binnenwand van het capillair. Bij een pH groter dan 3 ontstaan negatieve ladingen (SiO$^{-}$) op de wand van een glazen capillair. Kationen in de buffer migreren naar de kathode, waardoor de oplossing mee wordt getrokken. De EOF fungeert als een 'pomp' die de gehele oplossing, inclusief de analytische componenten, richting de detector stuwt [13](#page=13). De grootte van de EOF wordt beïnvloed door de lading van de capillaire wand (die afhangt van de pH) en de ionensterkte (IS) van de buffer. Een hogere lading op de wand of een lagere ionensterkte resulteert in een grotere EOF [14](#page=14). #### 6.2.2 Integratie van flows voor scheiding De netto snelheid van een deeltje is de som van de elektroforetische snelheid en de elektro-osmotische flow. De scheiding treedt op omdat verschillende deeltjes verschillende netto snelheden hebben, waardoor ze op verschillende tijdstippen de detector bereiken [15](#page=15) [16](#page=16). > **Tip:** Bij een pH waarbij de EOF significant is, bewegen alle deeltjes (kationen, anionen en neutrale stoffen) naar één elektrode. De scheiding van geladen deeltjes is dan gebaseerd op hun relatieve mobiliteiten binnen deze globale stroming. ### 6.3 Efficiëntie van scheiding De efficiëntie van een scheiding wordt uitgedrukt in het aantal theoretische platen ($N$). Een hogere $N$ duidt op een betere scheiding en scherpere pieken. De Van Deempter-vergelijking, hoewel primair ontworpen voor chromatografie, kan worden aangepast om de efficiëntie in CE te beschrijven, waarbij longitudinale diffusie als de belangrijkste oorzaak van piekverbreding wordt beschouwd. De formule voor $N$ is [17](#page=17): $$N = \frac{(\mu_{ef} + \mu_{eof}) \cdot V}{2D}$$ [17](#page=17). Hierbij is $V$ de aangelegde spanning en $D$ de diffusiecoëfficiënt van de opgeloste stof [17](#page=17). * **Hogere spanning ($V$)** leidt tot een hogere $N$ en dus een betere resolutie en snellere scheiding [18](#page=18). * **Nadelen van hogere spanning:** kan leiden tot temperatuursgradiënten binnen het capillair, wat weer piekverbreding kan veroorzaken [18](#page=18). ### 6.4 Apparatuur voor Capillaire Elektroforese #### 6.4.1 Capillair De gebruikte capillairen variëren in lengte van 30 cm tot wel 1 meter [19](#page=19) [9](#page=9). #### 6.4.2 Injectie van staal Het capillair wordt gevuld met de bufferoplossing. Een uiteinde van het capillair wordt vervolgens in de monsteroplossing geplaatst voor injectie. Er zijn twee hoofdmethoden voor injectie [10](#page=10) [20](#page=20): * **Hydrodynamische injectie:** Hierbij wordt het monster geïnjecteerd door een drukverschil te creëren [20](#page=20). * **Elektrokinetische injectie:** Hierbij wordt het monster geïnjecteerd onder invloed van het elektrische veld. Het injectievolume varieert typisch van 5 tot 50 nL [20](#page=20) [21](#page=21). #### 6.4.3 Hoogspanningsbron Een hoogspanningsbron is essentieel voor het genereren van het elektrische veld dat de migratie van de analytische componenten aandrijft. Hogere spanningen leiden tot een betere resolutie, snellere scheiding en hogere efficiëntie [22](#page=22) [6](#page=6). #### 6.4.4 Detectoren Verschillende detectoren kunnen worden gebruikt in CE, vergelijkbaar met die in vloeistofchromatografie (LC) [23](#page=23): * **UV-Vis detector:** Dit is de meest gebruikte detector. De detectie vindt plaats door de geringe weglengte in de smalle capillairen [23](#page=23). * **LIF (Laser Induced Fluorescence):** Een zeer gevoelige detectiemethode voor fluorescerende stoffen [23](#page=23). * **Elektrospray (MS):** Koppeling met massaspectrometrie voor identificatie en kwantificering [23](#page=23). Indirecte A-meting is ook mogelijk door de toevoeging van een absorberende stof aan de buffer [24](#page=24). ### 6.5 Elektroferogram Het resultaat van een CE-analyse is een elektroferogram, dat de detectorrespons weergeeft als functie van de tijd. Ditogram maakt kwalitatieve en kwantitatieve analyse mogelijk [24](#page=24) [6](#page=6). ### 6.6 Samenvatting van CE CE is een scheidingstechniek die analytische componenten scheidt op basis van hun molecuulgrootte en lading onder invloed van een elektrisch veld. De EOF, die de snelheid van de mobiele fase bepaalt, kan worden aangepast door de pH en de concentratie van de buffer. CE biedt zeer efficiënte scheidingen met minimale piekverbreding. Alle neutrale stoffen elueren doorgaans gelijktijdig. Het wordt beschouwd als een waardevol alternatief voor LC [25](#page=25). ### 6.7 Toepassingen Capillaire elektroforese kent diverse toepassingen, waaronder: * Scheiding van inkten [26](#page=26). * Scheiding van proteïnen [27](#page=27). --- # Dunnelaagchromatografie (TLC) Dit hoofdstuk behandelt de uitvoering, stationaire en mobiele fasen, detectiemethoden en toepassingen van dunnelaagchromatografie (TLC) en hogedrukdunnelaagchromatografie (HPTLC), zowel voor kwalitatieve als kwantitatieve analyses . ### 1.1 Algemene principes van TLC Dunnelaagchromatografie (TLC) is een vorm van planaire vloeistofchromatografie. Hierbij wordt een dunne laag adsorberend materiaal, de stationaire fase (SF), aangebracht op een drager zoals glas, metaal of kunststof. Op deze laag worden de te analyseren stoffen aangebracht als kleine spotjes of banden. De mobiele fase (MF) wordt vervolgens in contact gebracht met de plaat, waarna deze door capillaire krachten over de SF migreert en de componenten scheidt . ### 1.2 Praktische uitvoering van TLC #### 1.2.1 De ontwikkelkamer Voor de ontwikkeling van de TLC-plaat wordt een ontwikkelkamer (OK, tank) gebruikt. De binnenwanden van de kamer worden bekleed met filtreerpapier om een verzadigde atmosfeer te verkrijgen. De mobiele fase, ook wel eluens genoemd, wordt in de OK geplaatst . #### 1.2.2 Spotten van de plaat Het aanbrengen van de staalspotjes is een cruciale stap. De initiële spot moet zo klein mogelijk zijn. Dit kan met een microapplicator of micropipet. Voor een optimale scheiding en analyse, zeker bij gebruik van een TLC-scanner, is het belangrijk dat de afstand tussen de spots constant is en dat de spots voldoende afstand houden van de randen van de plaat. De keuze van het oplosmiddel voor het staal is bepalend voor de grootte van de spot . > **Tip:** Een automatische applicator kan zorgen voor een consistente en optimale spotgrootte . #### 1.2.3 Ontwikkeling van de plaat Nadat de plaat gespot is, wordt deze in de ontwikkelkamer geplaatst, waarbij de spotjes zich boven het niveau van het eluens bevinden. Het eluens zal door capillaire kracht omhoog trekken over de stationaire fase. Stoffen die goed oplossen in de mobiele fase stijgen sneller, terwijl stoffen die sterker interageren met de stationaire fase langzamer migreren. Dit verschil in migratiesnelheid leidt tot de scheiding van de componenten van het staal. Het is essentieel om de ontwikkelkamer te verzadigen met de mobiele fase om een consistente ontwikkeling te garanderen. Na de elutie moet worden aangegeven tot waar het eluens is gekomen . ### 1.3 Stationaire fase (SF) De meest gebruikte stationaire fase is silica gel, een polair adsorberend materiaal. Andere materialen kunnen ook gebruikt worden. De partikelgrootte van de stationaire fase is van belang : * **TLC:** partikels van 10 tot 30 µm . * **HPTLC (High Performance TLC):** partikels kleiner dan 10 µm, wat resulteert in scherpere banden en spots, een lagere detectielimiet, snellere scheidingen en een kleiner staalverbruik . Vaak wordt een fluorescentie-indicator toegevoegd aan de stationaire fase, zoals in silicagel GF 254, waardoor vlekken zichtbaar worden na bestraling met UV-licht . ### 1.4 Detectiemethoden en kwalitatieve bepaling #### 1.4.1 Visualisatie van componenten Na de ontwikkeling van de TLC-plaat moet de mobiele fase verdampen. De gescheiden componenten (de 'spots') kunnen vervolgens zichtbaar worden gemaakt door middel van visualisatie. Dit kan gebeuren met : * **Kleurreagentia:** Deze kunnen universeel zijn of specifiek voor bepaalde groepen stoffen . * **UV-licht:** Als de stationaire fase een fluorescentie-indicator bevat, worden de spots zichtbaar onder UV-bestraling . #### 1.4.2 Retentiefactor (Rf) Voor kwalitatieve bepalingen worden de retentiefactoren (Rf) bepaald van zowel standaarden als de componenten in het staal. De Rf-waarde is de ratio van de afgelegde afstand door de stof tot de afgelegde afstand door het oplosmiddel (de front) : $$R_f = \frac{\text{afstand afgelegd door stof}}{\text{afstand afgelegd door solvent}} = \frac{a}{b}$$ Als de Rf-waarden van een component in het staal overeenkomen met die van een standaard, duidt dit erop dat het om dezelfde stof gaat . > **Tip:** Vergelijk Rf-waarden altijd tussen standaarden en onbekende stalen onder identieke omstandigheden . ### 1.5 Kwantitatieve bepaling Voor kwantitatieve analyse worden standaardoplossingen met verschillende concentraties bereid. Deze standaarden, samen met het onbekende staal, worden op de TLC-plaat gespot en ontwikkeld. Na ontwikkeling en eventuele derivatisatie kan een densitometer worden gebruikt om de absorptie of fluorescentie van de componenten te meten . #### 1.5.1 Densitometrie en kalibratiecurve Een densitometer scant de plaat en meet de intensiteit van de detectie (absorptie of fluorescentie) van elke spot. De piekoppervlakte of piekhoogte wordt uitgezet tegen de concentratie van de standaardoplossingen om een kalibratiecurve te verkrijgen. De concentratie van de componenten in de onbekende staaloplossingen wordt vervolgens bepaald door de gemeten waarde te vergelijken met de kalibratierechte . > **Tip:** Zorg voor een consistente afstand tussen de spots indien een TLC-scanner wordt gebruikt voor kwantitatieve analyse . ### 1.6 Voordelen van TLC Dunnelaagchromatografie biedt diverse voordelen: * Snelle analyse van meerdere stalen, wat het geschikt maakt voor procescontrole en screeningstesten . * De TLC-plaat kan na scheiding bewaard worden voor latere evaluatie . * Snelle optimalisatie van de analyse door eenvoudig de stationaire en mobiele fase te wijzigen . * HPTLC maakt kwantitatieve analyses met goede precisie en juistheid mogelijk . #### 1.6.1 Toepassingen TLC en HPTLC vinden toepassing in diverse gebieden, zoals: * Analyse van fytotherapeutica (medicinale kruidenextracten) . * Metabole studies in de klinische chemie . * Analyse van cosmetische producten . --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Chromatografie | Een scheidingstechniek waarbij componenten van een mengsel worden verdeeld tussen twee fasen: één stationaire fase en één mobiele fase die in een bepaalde richting beweegt. De componenten bewegen met verschillende snelheden, afhankelijk van hun interactie met de fasen. | | Stationaire fase (SF) | De fase in een chromatografisch systeem die niet beweegt. Dit kan een vaste stof zijn, een vloeistof gebonden aan een vaste stof, of een stationaire vloeistoffilm op de wand van een kolom. | | Mobiele fase (MF) | De fase in een chromatografisch systeem die beweegt en de componenten van het mengsel transporteert. Dit kan een gas (in gaschromatografie) of een vloeistof (in vloeistofchromatografie) zijn. | | Elutie | Het proces waarbij componenten van een mengsel uit de stationaire fase worden gespoeld door de mobiele fase. | | Chromatogram | Een grafische weergave van de resultaten van een chromatografische scheiding, meestal met de detectorrespons op de y-as en de retentietijd op de x-as. | | Retentietijd (tR) | De tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen vanaf de injectie tot aan de detectie. | | Verdelingscoëfficiënt (KD) | Een maat voor de affiniteit van een component voor de stationaire fase ten opzichte van de mobiele fase. Het is de ratio van de concentratie van de stof in de stationaire fase tot de concentratie in de mobiele fase bij evenwicht. | | Resolutie (Rs) | Een maat voor de kwaliteit van de scheiding tussen twee naburige pieken in een chromatogram. Een hogere resolutie geeft een betere scheiding aan. | | Retentiefactor (k') of Capaciteitsfactor | Een dimensieloze maat die de verhouding aangeeft van de tijd die een component in de stationaire fase doorbrengt tot de tijd die het in de mobiele fase doorbrengt. Het is gerelateerd aan de verdelingscoëfficiënt en de volumes van de fasen. | | Selectiviteit (α) | Een maat die aangeeft in hoeverre de stationaire en mobiele fasen twee componenten van elkaar kunnen onderscheiden. Het is de ratio van de verdelingscoëfficiënten of retentiefactoren van twee componenten. | | Kolomefficiëntie (N) | Een maat voor de scherpte van de pieken in een chromatogram. Het wordt vaak uitgedrukt in het aantal theoretische platen, waarbij een hoger aantal N duidt op een efficiëntere kolom. | | Plaathoogte (H) of HETP (Height Equivalent of a Theoretical Plate) | De hoogte van een theoretische plaat in een chromatografische kolom. Een lagere plaathoogte correspondeert met een hogere kolomefficiëntie. | | Gaschromatografie (GC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een gas is en de stationaire fase een vloeistof of vaste stof in een kolom. Geschikt voor de analyse van vluchtige en thermisch stabiele verbindingen. | | Vloeistofchromatografie (LC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een vloeistof is. Dit omvat technieken zoals dunnelaagchromatografie (TLC) en hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC). | | High Performance Liquid Chromatography (HPLC) | Een geavanceerde vorm van vloeistofchromatografie die hoge drukken gebruikt om de mobiele fase door een kolom met kleine deeltjes te persen, wat resulteert in snelle en efficiënte scheidingen. | | Ion Chromatografie (IC) | Een type ionenuitwisselingschromatografie die wordt gebruikt voor de scheiding en kwantificering van ionen in een oplossing, zoals anionen en kationen. | | Massaspectrometrie (MS) | Een analytische techniek die moleculen ioniseert en de massa-tot-lading verhouding (m/z) van de gevormde ionen meet, wat structurele informatie en kwantitatieve gegevens oplevert. | | Elektrospray Ionisatie (ESI) | Een ionisatiemethode die wordt gebruikt bij LC-MS om thermisch gevoelige en niet-vluchtige moleculen, inclusief grote biomoleculen, om te zetten in gasvormige ionen bij atmosferische druk. | | Elektron Impact (EI) | Een harde ionisatiemethode die veel wordt gebruikt bij GC-MS, waarbij moleculen worden gebombardeerd met energetische elektronen, wat leidt tot ionisatie en fragmentatie. | | Quadrupool Analysator | Een massa-analysator die vier parallelle staven gebruikt om ionen te scheiden op basis van hun m/z-verhouding door middel van variërende elektrische velden. | | Time of Flight (TOF) Analysator | Een massa-analysator die de tijd meet die ionen nodig hebben om een bekende afstand af te leggen nadat ze zijn versneld. Deze tijd is afhankelijk van de m/z-verhouding van de ionen. | | Tandem MS (MS-MS of MS²) | Een techniek waarbij ionen worden gescheiden, vervolgens worden gefragmenteerd in een botsingscel, en de fragmentionen opnieuw worden gescheiden en gedetecteerd. Dit levert gedetailleerde structurele informatie op. | | Capillaire Elektroforese (CE) | Een scheidingstechniek waarbij moleculen worden gescheiden op basis van hun lading en grootte in een dunne capillaire buis onder invloed van een elektrisch veld. | | Elektro-osmotische flow (EOF) | De netto vloeistofstroom in een capillair buisje die optreedt door de interactie tussen de geladen wand van het capillair en de ionen in de bufferoplossing, onder invloed van een elektrisch veld. | | Dunnelaagchromatografie (TLC) | Een planaire chromatografische techniek waarbij de stationaire fase een dunne laag adsorberend materiaal is op een plat substraat, en de mobiele fase capillariteit gebruikt om omhoog te migreren. | | Retentiefactor (Rf) | Bij TLC, de ratio van de afstand die een stof heeft afgelegd vanaf de startlijn tot de afstand die de mobiele fase (eluens) heeft afgelegd. Het is een maat voor de mobiliteit van een stof op de plaat. |

# Inleidende begrippen van instrumentele chemie Chemische analyses zijn essentieel in diverse wetenschappelijke disciplines en hebben tot doel de aanwezigheid en concentratie van specifieke componenten (analyt) in een materiaal te bepalen. Dit document introduceert de basisconcepten van instrumentele chemie, waaronder de classificatie van analysemethoden, het verloop van een analyse, de karakteristieken van methoden zoals precisie, juistheid, gevoeligheid, selectiviteit en robuustheid, lineaire regressie, kalibratiecurves en verschillende concentratie-uitdrukkingen [5](#page=5). ### 1.1 Inleiding tot instrumentele chemie Instrumentele chemie richt zich op het gebruik van instrumenten om chemische samenstellingen te analyseren. Voordat een analyse kan plaatsvinden, is de ontwikkeling en validatie van een geschikte methode cruciaal. De keuze van een analysetechniek hangt af van factoren zoals de hoeveelheid staal, de samenstelling, en de vereiste nauwkeurigheid en snelheid [5](#page=5). ### 1.2 Indeling van analysemethoden Analysemethoden worden onderverdeeld in klassieke (natte chemie) en instrumentele methoden [5](#page=5). * **Klassieke analytische methoden:** * Gebruiken scheidingstechnieken zoals neerslagvorming, extractie en destillatie [5](#page=5). * Kwalitatieve identificatie gebeurt via kleurreacties, smelt-/kookpunten, oplosbaarheid, geur, optische activiteit of brekingsindex [5](#page=5). * Kwantitatieve bepalingen worden uitgevoerd met gravimetrie of titrimetrie [5](#page=5). * **Instrumentele analytische methoden:** * Meting van specifieke fysische eigenschappen van componenten. Voorbeelden zijn [5](#page=5): * Spectroscopische technieken (absorptie, emissie, verstrooiing van licht) [5](#page=5). * Elektrochemische technieken (geleidbaarheid, elektrodepotentiaal) [5](#page=5). * Massaspectrometrie (massa/lading verhouding) [5](#page=5). * Kinetische methoden (reactiesnelheid) [5](#page=5). * Daarnaast zijn er scheidingsmethoden zoals chromatografie en elektroforese die componenten in een mengsel scheiden vóór kwantificatie [5](#page=5). De keuze van een analysemethode wordt beïnvloed door de aard en kwaliteit van de benodigde informatie (welke componenten, kwalitatief/kwantitatief, vereiste nauwkeurigheid/precisie) en randvoorwaarden zoals concentratiegebied, monsterhoeveelheid (snelheid) en economische factoren (kostprijs) [6](#page=6). ### 1.3 Verloop van een analyse Elke analyse doorloopt doorgaans de volgende stadia [6](#page=6): 1. **Keuze van de methode (choice of method):** Selectie van de meest geschikte methode voor het analytische probleem [6](#page=6). 2. **Monstername (sampling):** Afzonderen van een representatieve fractie van het te onderzoeken materiaal; dit is cruciaal voor een betrouwbare analyse [6](#page=6). 3. **Voorbereiding (preliminary sample treatment):** Omvat homogenisatie van het monster en verwijdering van niet-monster gerelateerd materiaal [6](#page=6). 4. **Opzuiveringen (separations):** Scheiden van het te meten bestanddeel van interfererende componenten, eventueel door omzetting naar een meetbare vorm (bv. derivatisatie) [6](#page=6). 5. **Meting (final measurement):** Het daadwerkelijk meten van het signaal, waarvan de betrouwbaarheid afhangt van de voorgaande stappen. Resultaten worden hieruit berekend [6](#page=6). 6. **Evaluatie van het resultaat (the assessment of results):** Statistische of andere methoden worden toegepast om de resultaten te beoordelen [6](#page=6). ### 1.4 Karakteristieken van een methode De betrouwbaarheid van analyses wordt geëvalueerd aan de hand van precisie en juistheid. Meerdere metingen van een monster zijn gebruikelijk om het gemiddelde te berekenen [6](#page=6) [7](#page=7). #### 1.4.1 Precisie Precisie is de mate van spreiding in meetresultaten bij herhaalde metingen op hetzelfde monster [7](#page=7). * **Herhaalbaarheid:** Metingen onder identieke condities (zelfde analist, apparatuur, korte tijdspanne) [7](#page=7). * **Reproduceerbaarheid:** Metingen onder variërende condities (verschillende dagen, reagentia, laboratoria) [7](#page=7). Precisie wordt uitgedrukt als de standaarddeviatie (SD, $s$) ] [7](#page=7): $$s = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \overline{x})^2}{n-1}}$$ waarbij $\overline{x}$ het gemiddelde is van $n$ metingen en $x_i$ de individuele meetwaarden zijn. De resultaten worden vaak weergegeven als $\overline{x} \pm s$ [7](#page=7). * **Voorbeeld:** Bepaling van de Na$^+$-concentratie in serum [7](#page=7): | Meting | [Na+] (mmol/L) | $(x_i - \overline{x})$ | $(x_i - \overline{x})^2$ | | :----- | :------------- | :-------------------- | :----------------------- | | 1 | 143 | 1 | 1 | | 2 | 141 | -1 | 1 | | 3 | 137 | -5 | 25 | | 4 | 157 | 15 | 225 | | 5 | 132 | -10 | 100 | | 6 | 143 | 1 | 1 | | **Som**| **853** | **0** | **353** | $\overline{x} = \frac{853}{6} \approx 142$ mmol/L [7](#page=7). $s = \sqrt{\frac{353}{6-1}} = \sqrt{\frac{353}{5}} = \sqrt{70.6} \approx 8.4$ [7](#page=7). Statistisch gezien betekent dit, bij een normale verdeling, dat er 68% kans is dat het resultaat tussen $\overline{x} \pm s$ ligt en 99.7% kans tussen $\overline{x} \pm 3s$ [8](#page=8). De relatieve standaarddeviatie (RSD) geeft inzicht in de precisie ten opzichte van de gemiddelde waarde [8](#page=8): $$RSD = \frac{s}{\overline{x}} \times 100\%$$ In het voorbeeld: $RSD = \frac{8.4}{142} \times 100\% \approx 5.9\%$. Resultaten binnen 5% RSD worden vaak als aanvaardbaar beschouwd, afhankelijk van de methode. Precisie weerspiegelt de toevallige (random) fouten [8](#page=8). #### 1.4.2 Juistheid Juistheid is de mate van overeenstemming tussen het gemiddelde van de metingen ($\overline{x}$) en de werkelijke waarde ($\mu_0$). De absolute waarde van het verschil is de bias [8](#page=8): $bias = |\overline{x} - \mu_0|$ De juistheid wordt bepaald met controlestalen (gecertificeerde referentiematerialen) waarvan de concentratie gekend is, of door middel van 'spiking' (toevoegen van een gekende hoeveelheid analyt aan een blanco met dezelfde matrix). Het terugvindingspercentage (recovery) wordt berekend als [8](#page=8): $$recovery = \frac{gemeten\ hoeveelheid\ analiet}{toegevoegde\ hoeveelheid\ analiet} \times 100\%$$ Bij matrixeffecten die niet gemodelleerd kunnen worden, wordt de standaardadditieprocedure toegepast. Juistheid wordt beïnvloed door systematische fouten, die constant of proportioneel kunnen zijn [9](#page=9). #### 1.4.3 Gevoeligheid en detectielimiet De gevoeligheid van een methode is het vermogen om kleine veranderingen in concentratie betrouwbaar te meten. Het wordt weergegeven door de helling van de ijklijn (kalibratiecurve) [9](#page=9). * **Detectielimiet (LOD, limit of detection):** De kleinste concentratie die nog betrouwbaar aangetoond kan worden, onderscheidbaar van de achtergrondruis [10](#page=10). Het wordt berekend als: $y_{LOD} = y_{BLK} + 3 s_{BLK}$ waarbij $y_{BLK}$ het signaal van de blanco is en $s_{BLK}$ de standaarddeviatie van de blanco. De LOD-concentratie ($x_{LOD}$) wordt vervolgens afgeleid uit de ijklijn [10](#page=10). * **Bepalingslimiet of kwantificatielimiet (LOQ):** De laagste concentratie waarbij de concentratie betrouwbaar gekwantificeerd kan worden. Het signaal moet minimaal de blancowaarde plus tien maal de standaarddeviatie van de blanco zijn ($y_{LOQ} = y_{BLK} + 10 s_{BLK}$) [10](#page=10). #### 1.4.4 Selectiviteit (Specificiteit) Selectiviteit geeft aan in hoeverre een analyt bepaald kan worden zonder interferentie van andere componenten in de matrix. Een hoge selectiviteit is wenselijk, hoewel niet altijd haalbaar [10](#page=10). #### 1.4.5 Robuustheid Robuustheid is de ongevoeligheid van een methode voor kleine variaties in omstandigheden zoals temperatuur, reagentia, pH, analysewachttijd, of analist. Een robuuste methode ondervindt geen significante veranderingen in precisie en juistheid bij dergelijke kleine variaties [10](#page=10). ### 1.5 Lineaire regressie, correlatiecoëfficiënt, lineariteit en dynamisch bereik Een kalibratiecurve (standaardcurve) wordt gebruikt om onbekende concentraties te bepalen wanneer het meetsignaal lineair varieert met de concentratie. De curve wordt opgesteld door standaarden met bekende concentraties te analyseren en het meetsignaal uit te zetten tegen de concentratie [11](#page=11). Het lineaire verband tussen concentratie ($x$) en meetsignaal ($y$) wordt beschreven door de vergelijking: $$y = a \cdot x + b$$ De parameters $a$ (helling) en $b$ (intercept) worden vaak bepaald met de kleinste kwadratenmethode [11](#page=11). $$a = \frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \overline{x})(y_i - \overline{y})}{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \overline{x})^2}$$ $$\overline{y} = a \cdot \overline{x} + b \implies b = \overline{y} - a\overline{x}$$ * **Lineariteit:** De eigenschap dat er een lineair verband bestaat tussen de respons en de concentratie binnen de bepalingsgrenzen [11](#page=11). * **Dynamisch bereik:** Het meetgebied tussen de kwantificatielimiet (LOQ) en de concentratie waarbij de kalibratiecurve begint af te wijken van een rechte lijn (limit of linearity, LOL) [11](#page=11). De correlatiecoëfficiënt ($r$) geeft de kwaliteit van de kalibratiecurve aan, oftewel hoe goed de punten op één lijn liggen [12](#page=12). $$r = \frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \overline{x})(y_i - \overline{y})}{\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \overline{x})^2 \sum_{i=1}^{n}(y_i - \overline{y})^2}}$$ Een correlatiecoëfficiënt van $r > 0.997$ wordt over het algemeen vereist voor nauwkeurig analytisch werk. Een hoge $r$ waarde (dicht bij 1) duidt op een sterke lineaire correlatie [12](#page=12). ### 1.6 Kalibratiemethoden Kalibratie bepaalt het verband tussen het analytisch signaal en de analytconcentratie, meestal met behulp van standaarden en correctie met een blanco [13](#page=13). #### 1.6.1 Externe standaardmethode Dit is een veelgebruikte methode waarbij standaarden met toenemende concentratie onafhankelijk van het staal worden gemeten [13](#page=13). * **Werkwijze:** * Bereid een reeks standaarden met oplopende concentraties [13](#page=13). * Meet de standaarden, bij voorkeur vlak voor de onbekende monsters [13](#page=13). * **Verwerking meetwaarden:** * Bepaal de lineaire trendlijn (meetsignaal vs. concentratie) binnen het lineaire gebied [13](#page=13). * Vul de meetwaarde van het staal in de trendlijn in om de concentratie te berekenen [13](#page=13). * Houd rekening met verdunningen en staalvoorbereiding [13](#page=13). De methode veronderstelt dat dezelfde hoeveelheid analyt hetzelfde signaal oplevert, wat niet altijd het geval is vanwege matrixeffecten [13](#page=13). #### 1.6.2 Standaardadditiemethode Hierbij wordt de standaardoplossing toegevoegd aan het te meten staal, wat nuttig is bij verwachte matrixeffecten [13](#page=13). * **Werkwijze:** * Bereid standaardoplossingen door eenzelfde hoeveelheid staal in maalkolven te nemen en daar een toenemende hoeveelheid analyt aan toe te voegen. Eén maatkolf bevat alleen het staal [13](#page=13). * Een alternatieve methode is het 'spiken' van één staal [13](#page=13). * **Verwerking meetwaarden:** * Zet de meetwaarden uit, waarbij de concentratie aan analyt op de x-as wordt gezet (zonder rekening te houden met de initiële hoeveelheid in het staal) [14](#page=14). * De concentratie in de verdunde staaloplossing wordt bepaald uit het snijpunt met de x-as (waar $y=0$) [14](#page=14). * Houd rekening met verdunningen bij de bereiding van standaarden en staalvoorbereiding [14](#page=14). #### 1.6.3 Interne standaardmethode Een interne standaard (IS) wordt toegevoegd aan elke standaard, blanco en elk staal. Dit is nuttig wanneer variaties in het meetproces kunnen optreden, zoals bij extractieopbrengsten of injectievolumes [14](#page=14). * **Voorwaarde:** De IS heeft vergelijkbare chemische eigenschappen als het analyt, maar kan afzonderlijk gemeten worden [15](#page=15). * **Verwerking meetwaarden:** * Bepaal de verhouding van het signaal van het analyt ten opzichte van het signaal van de IS voor zowel standaarden als de staaloplossingen [15](#page=15). * Stel de lineaire trendlijn op door deze verhoudingen uit te zetten tegen de concentratie van het analyt [15](#page=15). ### 1.7 Concentratie uitdrukkingen in oplossing #### 1.7.1 Molaire concentratie De hoeveelheid opgeloste stof wordt uitgedrukt als het aantal mol per volume-eenheid (mol/L) [15](#page=15). $$c = \frac{n}{V}$$ waarbij $n$ het aantal mol is en $V$ het volume. Het aantal mol kan berekend worden uit massa ($m$) en molaire massa ($MM$): $n = \frac{m}{MM}$. De dichtheid ($\rho$) relateert massa en volume: $\rho = \frac{m}{V}$ (bv. in g/cm$^3$, kg/L, g/mL) [15](#page=15). #### 1.7.2 Massaconcentratie De hoeveelheid opgeloste stof wordt uitgedrukt als het aantal gram per volume-eenheid (g/L, mg/L) [16](#page=16). $$c_m = \frac{m}{V}$$ #### 1.7.3 Fractionele concentraties Deze geven de fractie (deel) opgeloste stof in het gehele mengsel weer en kunnen worden uitgedrukt in procent (%), promille (‰), parts per million (ppm) of parts per billion (ppb) [16](#page=16). | Concentratie-uitdrukking | Eenheid | Percentage | Promille | ppm | ppb | | :----------------------- | :------ | :--------- | :------- | :------ | :------ | | Massafractie | m/m | % m/m | ‰ m/m | ppm m/m | ppb m/m | | Volumefractie | V/V | % V/V | ‰ V/V | ppm V/V | ppb V/V | | Massa/volumefractie | m/V | % m/V | ‰ m/V | ppm m/V | ppb m/V | Voor verdunde waterige oplossingen geldt dat 1 liter ongeveer gelijk is aan 1000 gram. Hierdoor zijn de volgende relaties bruikbaar [16](#page=16): * 1 ppm = 1 mg/L * 1 ppb = 1 µg/L --- # Chromatografische scheidingstechnieken Hier volgt een gedetailleerd studieoverzicht van chromatografische scheidingstechnieken, gebaseerd op de verstrekte documentatie (pagina's 20-64). ## 2 Chromatografische analysemethodes Chromatografie is een verzameling technieken die gebruikt worden om componenten in een mengsel te scheiden, identificeren en/of kwantificeren, gebaseerd op hun verdeling tussen een mobiele en een stationaire fase die zich relatief ten opzichte van elkaar bewegen. De term "chromatografie" (kleuren-schrijven) werd geïntroduceerd door Tswett, die hiermee gekleurde bladpigmenten scheidde [20](#page=20). ### 2.1 Principe van scheiding Elk chromatografiesysteem omvat een stationaire fase (vast of vloeibaar, geïmmobiliseerd) en een mobiele fase (vloeistof of gas) die langs de stationaire fase stroomt. Wanneer een mengsel wordt aangebracht, worden de componenten meegenomen door de mobiele fase. De snelheid waarmee ze migreren, hangt af van de interactie van elke component met zowel de stationaire als de mobiele fase. Componenten die sterker aan de stationaire fase binden, migreren trager. Dit verschil in migratiesnelheid leidt tot scheiding, waarbij de gescheiden componenten aan de kolomuitgang worden gedetecteerd, wat resulteert in een chromatogram [20](#page=20) [21](#page=21). ### 2.2 Algemene termen in de chromatografie * **Mobiele fase:** Vloeistof of gas dat door het systeem vloeit [21](#page=21). * **Stationaire fase:** Vast materiaal of vloeistof geïmmobiliseerd op een drager, waar de mobiele fase doorheen stroomt [21](#page=21). * **Ontwikkeling:** Het proces waarbij componenten met de mobiele fase door de stationaire fase bewegen [21](#page=21). * **Visualisatie of detectie:** Gebeurt nadat componenten gescheiden zijn [21](#page=21). * **Elutie:** Het proces waarbij een stof van de stationaire fase wordt afgewassen [21](#page=21). * **Elueren:** De mobiele fase [21](#page=21). * **Eluaat:** De oplossing die de kolom verlaat [21](#page=21). * **Retentie:** Het vasthouden/vertragen van een stof op de stationaire fase [21](#page=21). * **Retentietijd:** De tijd die een stof nodig heeft om te elueren [21](#page=21). * **Chromatogram:** Grafische weergave van de scheiding, met het detectorsignaal uitgezet tegen de tijd (#page=20, 21) [20](#page=20) [21](#page=21). ### 2.3 Indeling van chromatografische technieken Chromatografische technieken kunnen op verschillende criteria worden ingedeeld [22](#page=22). #### 2.3.1 Indeling op basis van de mobiele fase * **Gaschromatografie (GC):** De mobiele fase is een gas. Gebruikt voor vluchtige stoffen (#page=21, 22) [21](#page=21) [22](#page=22). * **Vloeistofchromatografie (LC):** De mobiele fase is een vloeistof. Gebruikt voor stoffen met een hoog kookpunt of die thermisch instabiel zijn (#page=21, 22) [21](#page=21) [22](#page=22). #### 2.3.2 Indeling op basis van de vorm van de stationaire fase * **Planaire chromatografie:** De stationaire fase is een vlakke laag (bv. dunne laag, papier) [22](#page=22). * **Kolomchromatografie:** De stationaire fase bevindt zich in een kolom (glas, staal, kunststof) [22](#page=22). #### 2.3.3 Indeling op basis van het scheidingsmechanisme * **Adsorptiechromatografie:** Scheiding gebaseerd op de adsorptie van componenten aan een vaste stationaire fase via intermoleculaire krachten. Polaire fasen zijn silicagel, aluminiumoxide; apolaire is actieve kool [22](#page=22). * **Partitie- of verdelingschromatografie:** Scheiding door verdeling van componenten tussen een vloeibare stationaire fase en een mobiele fase (vloeistof of gas). Stoffen die beter oplossen in de stationaire fase, worden langer weerhouden [22](#page=22). * **Ionenuitwisselingschromatografie (IEC):** Scheiding gebaseerd op de interactie van ioniseerbare groepen op de stationaire fase met ionen in de mobiele fase (#page=22, 57) [22](#page=22) [57](#page=57). * **Exclusiechromatografie:** Scheiding op basis van molecuulgrootte en/of vorm of lading, via exclusie uit de poriën van de stationaire fase (bv. size exclusion, gelfiltratie) [23](#page=23). * **Affiniteitschromatografie:** Scheiding gebaseerd op de unieke biologische specificiteit van een analyt voor een ligand (bv. immunoaffiniteitschromatografie) [23](#page=23). ### 2.4 Papierchromatografie Dit is de eenvoudigste chromatografievorm, waarbij de scheiding plaatsvindt op filtreerpapier, dat cellulosevezels bevat die water vasthouden en als stationaire fase dienen. Het eluens is een vloeistof die slecht mengbaar is met water, waardoor het een vorm van vloeistof-vloeistofchromatografie is. De scheiding berust op de verdeling van componenten tussen het gebonden water en het eluens. Het is voornamelijk geschikt voor kwalitatieve analyse en wordt zelden nog toegepast [23](#page=23) [24](#page=24). ### 2.5 Dunnelaagchromatografie (TLC) TLC is vergelijkbaar met papierchromatografie, maar gebruikt een dunne laag van een adsorberende stof (vaak silicagel) op een plaat als stationaire fase. De mobiele fase is een vloeistof (solvent, eluens) [24](#page=24). #### 2.5.1 Principe en uitvoering Na het aanbrengen van het monster (spotten) op de plaat, wordt deze in een afgesloten ontwikkelkamer geplaatst met het eluens. Door capillaire krachten migreert het eluens, waarbij scheiding optreedt op basis van interactie met de stationaire en mobiele fase. Na ontwikkeling wordt de plaat gedroogd en geëvalueerd [24](#page=24). #### 2.5.2 High Performance Dunnelaagchromatografie (HPTLC) HPTLC gebruikt kleinere, uniformere deeltjes voor de stationaire fase, wat leidt tot lagere detectielimieten, betere efficiëntie en snellere analyses (#page=24, 25) [24](#page=24) [25](#page=25). #### 2.5.3 Spotten - opbrengen van het staal Stalen of standaarden worden op de TLC-plaat aangebracht, bij voorkeur als kleine, smalle spots om betere scheiding te verkrijgen. Dit kan manueel met een capillair of micropipet, of geautomatiseerd voor kwantitatieve bepalingen [25](#page=25). #### 2.5.4 Basiscomponenten van het chromatografisch systeem * **Stationaire fasen:** * **Adsorbentia (vaste fasen):** Silicagel (SiO2) is het meest gebruikte polaire adsorbens met zure eigenschappen door SiOH-groepen. De activiteit wordt beïnvloed door het vochtgehalte; drogen verhoogt de activiteit. Voor polaire stationaire fasen wordt een minder polaire mobiele fase gebruikt (normale fase, NP) [26](#page=26). * **Chemisch gebonden stationaire fasen:** Apoline fasen worden verkregen door het koppelen van C8- of C18-koolwaterstoffen aan silica. Deze worden gecombineerd met een polaire mobiele fase (omgekeerde fase, RP) [26](#page=26). * **HPTLC:** Gebruikt kleinere deeltjes dan klassieke TLC, wat leidt tot betere prestaties [27](#page=27). * **De mobiele fase:** De keuze van de mobiele fase is cruciaal en kan worden aangepast om de scheiding te optimaliseren. De fase moet de componenten kunnen verplaatsen, vluchtig zijn voor detectie, en verschillende migratiesnelheden voor de componenten mogelijk maken. Vaak worden mengsels van solventen gebruikt om de gewenste polariteit te bereiken [27](#page=27). * **De ontwikkelkamer:** Een afgesloten kamer die verzadigd is met de mobiele fase om verdamping vanaf de plaat te voorkomen. De plaat wordt zo geplaatst dat de spots onder het solventniveau blijven [27](#page=27) [28](#page=28). #### 2.5.5 Detectie * **Kwalitatief:** * **Visueel:** Voor gekleurde componenten [28](#page=28). * **UV-lamp:** Voor UV-absorberende componenten op TLC-platen met een fluorescentie-indicator; UV-absorberende stoffen doven de fluorescentie [28](#page=28). * **Chemische reacties:** Sproei- of dip-technieken om kleurloze componenten zichtbaar te maken [28](#page=28). * **Kwantitatief:** * **Rf-waarde (retentiefactor):** De verhouding van de afgelegde afstand door de component tot de afgelegde afstand door de loopvloeistof. Waarden liggen tussen 0 en 1 en zijn karakteristiek voor een specifiek TLC-systeem [28](#page=28). $$R_f = \frac{\text{afstand afgelegd door de component}}{\text{afstand afgelegd door de loopvloeistof}}$$ [28](#page=28). * **Densitometrie/TLC scanner:** De oppervlakte onder de densitometrische pieken wordt gebruikt voor kwantificatie, in vergelijking met standaarden [30](#page=30). #### 2.5.6 Voor- en nadelen van dunnelaagchromatografie * **Voordelen:** Snel, meerdere stalen tegelijk mogelijk, weinig solventgebruik, goede precisie, juistheid en gevoeligheid (vooral met HPTLC) [31](#page=31). * **Nadelen:** Minder scheidende componenten per analyse dan bij HPLC [31](#page=31). ### 2.6 Chromatografische begrippen #### 2.6.1 De verdelingscoëfficiënt ($K_D$) Beschrijft de verdeling van een stof tussen de mobiele en stationaire fase. Het is de verhouding van de concentratie in de stationaire fase tot de concentratie in de mobiele fase. Een groter verschil in $K_D$ tussen componenten leidt tot betere scheiding [32](#page=32). $$K_D = \frac{C_s}{C_m}$$ waarbij $C_s$ de concentratie in de stationaire fase en $C_m$ de concentratie in de mobiele fase is [32](#page=32). #### 2.6.2 De retentietijd ($t_R$) De tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen. Het is de som van de dode tijd ($t_m$, tijd in de mobiele fase) en de gecorrigeerde retentietijd ($t'_R$, tijd in de stationaire fase) [33](#page=33). $$t_R = t'_R + t_m$$ [33](#page=33). #### 2.6.3 Resolutie ($R_s$) Een maat voor de scheidingskwaliteit, die aangeeft hoe goed twee pieken gescheiden zijn (#page=33, 34). Het is afhankelijk van het verschil in retentietijd en de piekbreedte (#page=33, 34) [33](#page=33) [34](#page=34). $$R_s = \frac{2(t_{R2} - t_{R1})}{w_1 + w_2}$$ waarbij $t_{R1}$ en $t_{R2}$ de retentietijden zijn en $w_1$ en $w_2$ de piekbreedtes op de basislijn. De resolutie wordt beïnvloed door de retentiefactor ($k'$), selectiviteit ($\alpha$) en de efficiëntie van de kolom ($N$) [34](#page=34). #### 2.6.4 Retentiefactor (of capaciteitsfactor, $k'$) De verhouding van de tijd die een component in de stationaire fase doorbrengt tot de tijd in de mobiele fase. Het is een dimensieloze parameter die onafhankelijk is van de kolomlengte en de flowsnelheid, en een betere maat is voor retentie dan $t_R$ [35](#page=35). $$k' = \frac{t'_R}{t_m} = \frac{t_R - t_m}{t_m}$$ [35](#page=35). Ideale waarden liggen tussen 2 en 10. De retentiefactor kan worden beïnvloed door de kolomtemperatuur (GC) of de samenstelling van de mobiele fase (HPLC) [35](#page=35). #### 2.6.5 Selectiviteit ($\alpha$) De relatieve retentie van twee verbindingen, gedefinieerd als de verhouding van hun gecorrigeerde retentietijden. Het geeft aan hoe goed de piekmaxima gescheiden zijn [35](#page=35). $$\alpha = \frac{t'_{R2}}{t'_{R1}} = \frac{K_{D2}}{K_{D1}}$$ waarbij $t'_{R2} > t'_{R1}$. Een $\alpha$ verder van 1 betekent betere scheiding. De selectiviteit kan worden beïnvloed door de samenstelling van de mobiele fase, de stationaire fase en de temperatuur [35](#page=35) [36](#page=36). #### 2.6.6 Bandverbreding - piekverbreding Componenten verlaten de kolom als banden die leiden tot pieken in het chromatogram, idealiter Gauss-curves. Piekverbreding kan worden veroorzaakt door [36](#page=36): * **Eddy-diffusie:** Niet elk deeltje legt dezelfde afstand af binnen de kolom (#page=36, 37) [36](#page=36) [37](#page=37). * **Longitudinale diffusie:** Moleculen verspreiden zich van een hoge concentratie naar een lage concentratie door willekeurige beweging. Dit is belangrijker in gassen door de grotere afstand tussen moleculen [37](#page=37). * **Massatransfer:** Tijd die nodig is voor het instellen van het evenwicht tussen mobiele en stationaire fase. Een hogere stroomsnelheid van de mobiele fase geeft minder tijd voor evenwichtsinzetting en leidt tot verbreding [37](#page=37). De chromatografische efficiëntie wordt uitgedrukt als het aantal theoretische platen ($N$) [37](#page=37). $$N = 16 \left( \frac{t_R}{w} \right)^2$$ waarbij $w$ de piekbreedte op de basislijn is. Een theoretische plaat is een zone waar een evenwicht is ingesteld tussen de concentraties in de mobiele en stationaire fase [37](#page=37). De plaathoogte (HETP - Height Equivalent of a Theoretical Plate) is de kolomlengte gedeeld door $N$. Een lagere HETP duidt op een hogere scheidingskwaliteit [38](#page=38). $$HETP = \frac{L}{N}$$ waarbij $L$ de lengte van de kolom is [38](#page=38). ### 2.7 Gaschromatografie (GC) GC wordt gebruikt voor het scheiden van vluchtige stoffen (#page=21, 38) [21](#page=21) [38](#page=38). #### 2.7.1 Principe Twee types: gas-vast (GSC) en gas-vloeistof (GLC). GLC is het meest courant, met een vloeibare stationaire fase op een drager en een inert gas als mobiele fase. Componenten worden gescheiden op basis van hun vluchtigheid en interactie met de stationaire fase. GC is snel, biedt hoge resolutie en gevoeligheid (tot 1 ppm met FID) [38](#page=38) [39](#page=39). #### 2.7.2 Onderdelen van de gaschromatograaf * **Draaggas:** Inert, zuiver gas (He, H2, N2, Ar) dat de monstercomponenten transporteert [39](#page=39). * **Injectiepoort:** Waar het monster in dampvorm op de kolom wordt gebracht, ideaal als een smal bandje (#page=39, 40) [39](#page=39) [40](#page=40). * **Split/splitless injector:** Meest gebruikt, kan in split- of splitless-modus werken. Split-injectie verdunt het monster, wat resulteert in een smal bandje. Splitless-injectie laadt de volledige kolom, vaak gecombineerd met een lage initiële kolomtemperatuur om reconcentratie te bevorderen [40](#page=40) [41](#page=41). * **PTV (Programmed Temperature Vaporization) injector:** Voor injectie van grote volumes, met snelle temperatuurwisselingen voor reconcentratie [41](#page=41). * **(Cool-)On-column injectie:** Directe injectie in de kolom bij lagere temperaturen, gebruikt voor zeer kleine hoeveelheden hoogkokende componenten [41](#page=41). * **Head space analyse:** Analyse van vluchtige stoffen boven een vloeibaar of vast monster; het gasmengsel boven het monster wordt geïnjecteerd [42](#page=42). * **Kolom:** * **Gepakte kolom:** Gevuld met inerte vaste fase met daarop een stationaire vloeistof. Typische lengte 1,5-10m, diameter 2-4mm [43](#page=43). * **Capillaire kolom:** Stationaire fase op de wand van de kolom; interne diameter enkele tienden van mm, lengte 10-100m. Hoger scheidend vermogen maar lagere staalcapaciteit [43](#page=43). De keuze van de stationaire fase hangt af van de polariteit van de componenten: polaire componenten op polaire fasen, apolaire op apolaire. De film*dikte* van de stationaire fase en de kolom*diameter* beïnvloeden de scheiding en capaciteit [43](#page=43) [44](#page=44). * **Kolomoven:** Regelt de temperatuur van de kolom, kan isotherm of met temperatuurprogrammering zijn [45](#page=45). * **Detector:** Registreert de gassamenstelling aan de kolomuitgang en zet deze om in een elektrisch signaal [46](#page=46). * **FID (Vlamionisatiedetector):** Zeer gevoelig voor organische componenten, meet de ionisatie door verbranding [46](#page=46). * **TCD (Thermische geleidbaarheidsdetector/Katharometer):** Universele detector, meet de thermische geleidbaarheid van het gasmengsel [47](#page=47). * **ECD (Elektron capture detector):** Zeer gevoelig voor elektronegatieve stoffen (bv. halogenen) [47](#page=47). #### 2.7.3 Kwantitatieve analyses in GC * **Identificatie:** Gebaseerd op de retentietijd door vergelijking met standaarden [47](#page=47). * **Kwantificatie:** Gebaseerd op piekhoogte of piekoppervlakte, die evenredig zijn met de concentratie [48](#page=48). * **Externe standaard methode:** Vergelijking van piekoppervlakten/hoogtes met die van standaardoplossingen [48](#page=48). * **Interne standaard methode:** Toevoegen van een standaard die aan specifieke eisen voldoet, om toestel- en procedurefouten te elimineren. De verhouding van de piek van het analyt tot die van de interne standaard wordt gebruikt [49](#page=49). ### 2.8 Vloeistofchromatografie (LC) LC scheidt ionen of moleculen opgelost in een vloeistof [50](#page=50). #### 2.8.1 Types LC * **Liquid-solid chromatography (LSC):** Vloeistof-vast, adsorptiechromatografie (bv. TLC) [50](#page=50). * **Normale fase (NP):** Polaire stationaire fase, apolaire mobiele fase [50](#page=50). * **Omgekeerde fase (RP):** Apoline stationaire fase, polaire mobiele fase [50](#page=50). * **Liquid-liquid chromatography (LLC):** Vloeistof-vloeistof, verdelingschromatografie (bv. papierchromatografie) [50](#page=50). * **Ionenchromatografie (IC):** Scheiding op basis van lading op geïoniseerde stationaire fasen [50](#page=50). #### 2.8.2 HPLC (High Performance Liquid Chromatography) HPLC gebruikt hoge druk (tot 200 bar) om de mobiele fase door een gepakte kolom te persen. Dit resulteert in een hoge resolutie en redelijk korte analyseduur [50](#page=50). #### 2.9 HPLC instrumentatie Omvat vloeistofreservoirs, ontgasser, hogedrukpomp, pre-kolom, injector, kolom en detector. Alle componenten die in contact komen met de mobiele fase moeten inert zijn (bv. roestvrij staal, teflon, PEEK). Het minimaliseren van 'dood volume' (niet-bezette volumes) is cruciaal voor efficiëntie [51](#page=51). #### 2.9.1 Mobiele fase in HPLC De mobiele fase speelt een actieve rol in het scheidingsproces en de selectiviteit kan worden aangepast door de samenstelling te wijzigen. De keuze hangt af van de stationaire fase en de aard van de componenten. Mengsels van solventen worden gebruikt om de elutieversterkte in te stellen [51](#page=51) [52](#page=52). * **Isocratische elutie:** Constante samenstelling van de mobiele fase [52](#page=52). * **Gradiënt elutie:** Langzame verandering van de samenstelling van de mobiele fase om alle componenten te elueren [52](#page=52). De 'solventsterkte' geeft aan hoe goed een solvent interacties kan verbreken en analieten elueren [52](#page=52). #### 2.9.2 Stationaire fase in HPLC * **Normale fase (NP-HPLC):** Meestal polaire stationaire fase (bv. silica, cyano, amino) met een apolaire mobiele fase (bv. hexaan). Geschikt voor sterk hydrofobe componenten [52](#page=52). * **Omgekeerde fase (RP-HPLC):** Meest courante vorm, met apolaire stationaire fasen (bv. silica met C8 of C18 ketens) en een polaire mobiele fase (bv. water met methanol of acetonitril) (#page=52, 53) [52](#page=52) [53](#page=53). #### 2.9.3 Injectiesysteem in HPLC Maakt gebruik van een injectieklep met een lusvolume om een vaste hoeveelheid monster op de kolom te brengen [53](#page=53). #### 2.9.4 Kolommen in HPLC Meestal vervaardigd uit roestvrij staal, met chemisch gebonden apolaire fasen (Si-R, met R=C2, C8, C18) voor reversed phase chromatografie [53](#page=53). #### 2.9.5 Leidingen (tubings) en fittings Verbinden de componenten van het systeem met kleine interne diameters (0.25 mm) om extra-kolom volume te minimaliseren. Materialen zijn inert staal of PEEK [54](#page=54). #### 2.9.6 Pompen in HPLC Meestal pistonpompen die een gelijkmatige flow genereren. Ze moeten in staat zijn de samenstelling van de mobiele fase te mengen voor gradiënt elutie [55](#page=55). #### 2.9.7 Detectoren voor HPLC Meten continu een eigenschap van de doorstromende vloeistof [55](#page=55). * **UV-absorptie detector:** Detecteert stoffen die UV-licht absorberen (180-350nm) [56](#page=56). * **UV-photodiode-array detector (PAD):** Meet het gehele UV-spectrum simultaan [56](#page=56). * **Fluorescentiedetector:** Detecteert stoffen die fluoresceren [56](#page=56). * **Conductometrische detector:** Meet de geleidbaarheid van de mobiele fase, gevoelig voor geïoniseerde componenten [56](#page=56). * **Massaspectrometrie (MS):** Scheidt en bepaalt ionen op basis van hun massa-lading verhouding (m/z) [56](#page=56). #### 2.9.8 Praktische elementen bij HPLC * Gebruik zuivere, gefilterde en ontgaste solventen [57](#page=57). * Gebruik een guard column ter bescherming van de analytische kolom [57](#page=57). * Spoel het systeem na gebruik van zouten [57](#page=57). * Onderhoud RP- en silica-kolommen zorgvuldig (bv. vermijd extreme pH, puur water voor RP-kolommen) [57](#page=57). ### 2.10 Ionenuitwisselingschromatografie (IEC) IEC scheidt ionen op basis van hun lading via een stationaire fase met ioniseerbare groepen (ionenwisselaar) [57](#page=57). #### 2.10.1 Principe en werking Synthetische ionenwisselaars zijn polymeren met ioniseerbare groepen die, geneutraliseerd door tegenionen, een netwerk vormen [58](#page=58). * **Kationenuitwisselaars:** Hebben negatieve groepen en wisselen positieve ionen uit (bv. sulfonzuurgroepen -SO3⁻H⁺) [58](#page=58). * **Anionenuitwisselaars:** Hebben positieve groepen en wisselen negatieve ionen uit (bv. kwatternaire ammoniumbasen) [59](#page=59). #### 2.10.2 Selectiviteit van ionenwisselaars De selectiviteit ($K_{AB}$) is de evenwichtsconstante voor de uitwisseling tussen twee ionen. De affiniteit hangt af van de lading, grootte van het gehydrateerde ion, concentratie en aard van het hars (#page=60, 61) [60](#page=60) [61](#page=61). * Hogere lading van het ion leidt tot sterkere binding [60](#page=60). * Bij gelijke lading bindt een kleiner gehydrateerd ion sterker [60](#page=60). * De selectiviteit is concentratieafhankelijk en kan veranderen bij hogere concentraties [61](#page=61). * Harsen met meer kruisverbindingen zijn selectiever voor ionen met verschillende grootte [62](#page=62). #### 2.10.3 Capaciteit van de ionenwisselaar De totale capaciteit is het aantal ionactieve groepen per gewichtseenheid, meestal uitgedrukt in meq/g. De capaciteit van zwak zure en zwak basische wisselaars is pH-afhankelijk [63](#page=63). #### 2.10.4 Mobiele fase in IEC Meestal een waterige buffer; de pH en ionische sterkte bepalen de retentietijd. Bij gradiënt elutie wordt de pH of ionische sterkte aangepast [63](#page=63). #### 2.10.5 Detector in IEC Meestal een conductometrische detector die de geleidbaarheid van de mobiele fase meet. Een ion-onderdrukkingskolom wordt vaak gebruikt om de achtergrondgeleidbaarheid van de mobiele fase te verminderen [64](#page=64). --- # Massaspectrometrie Massaspectrometrie (MS) is een analytische techniek waarbij moleculen worden geïoniseerd en gefra gmenteerd, waarna de resulterende ionen worden gescheiden op basis van hun massa-lading (m/z) verhouding, om uiteindelijk een massaspectrum te genereren voor identificatie en structuuranalyse [65](#page=65). ### 3.1 Principe Het basisprincipe van massaspectrometrie is het genereren van ionen uit de te analyseren moleculen. Dit gebeurt typisch door het verwijderen van een elektron uit een molecuul (M), resulterend in een positief geladen moleculair ion (M.+). $$M: \rightarrow M.^+ + e^-$$ Het moleculair ion bezit twee cruciale eigenschappen voor MS: de massa (m) en de lading (z). De massaspectrometer meet de verhouding m/z. Bij een lading (z) van 1 is de m/z-verhouding gelijk aan de massa van het ion. De gevormde ionen zijn doorgaans instabiel en ondergaan fragmentatie, wat leidt tot een verzameling van verschillende ionen. De relatieve abundantie van elk ion wordt weergegeven in het massaspectrum, dat karakteristiek is voor een specifieke component [65](#page=65). Het massaspectrum wordt vaak weergegeven als een staafdiagram, waarbij de meest intense piek, de basispiek genoemd, overeenkomt met 100%. De piek met de hoogste m/z-waarde in het spectrum is doorgaans afkomstig van het moleculair ion [66](#page=66). > **Voorbeeld:** Het massaspectrum van methanol toont ionen op m/z 32 (moleculair ion, 70%), m/z 31 (basispiek, 100%), m/z 29 (60%) en m/z 15 (20%) [66](#page=66). ### 3.2 De massaspectrometer Een massaspectrometer bestaat uit verschillende functionele eenheden: een inlaatsysteem, een ionisatiebron, een massa-analysator, een detector en een registratiesysteem. Het monster wordt via het inlaatsysteem, waar het verdampt wordt, in de massaspectrometer gebracht. De ionisatiebron zet de moleculen om in ionen, waarna de massa-analysator de ionen scheidt op basis van hun m/z-verhouding. De gedetecteerde ionen worden vervolgens geregistreerd. Het gehele systeem opereert onder vacuüm om interferentie van luchtmoleculen te minimaliseren [66](#page=66). #### 3.2.1 Principe van een Electron Impact (EI) bron en Magnetische Analysator In een typische opstelling met een "elektron impact" (EI) ionenbron en een magnetische analysator, wordt het monster in gasvorm gebombardeerd met elektronen met hoge energie (meestal 70 eV) afkomstig van een verhit filament (#page=66, 67). Deze elektronenbundel staat loodrecht op de monsterinlaat. De botsing tussen de elektronen en monstermoleculen leidt tot excitatie, fragmentatie en ionisatie [66](#page=66) [67](#page=67). De gevormde positieve ionen worden vervolgens versneld in een elektrisch veld en komen in de massa-analysator terecht. In een magnetische analysator worden de ionen afgebogen door een magnetisch veld. De mate van afbuiging is afhankelijk van de m/z-verhouding, de snelheid van de ionen en de sterkte van het magnetisch veld. Door variatie van het elektrische of magnetische veld kunnen ionen met verschillende m/z-verhoudingen de detector bereiken. De detector, vaak een elektronenmultiplier, zet de detectie van ionen om in een elektrisch signaal [67](#page=67). > **Tip:** Het gehele massaspectrometerapparaat werkt onder vacuüm om botsingen met luchtmoleculen te voorkomen en de ionenbaan te garanderen [66](#page=66). #### 3.2.2 Ionisatiesystemen Naast Elektron Impact (EI) zijn er diverse andere ionisatiemethoden beschikbaar, waaronder Chemische Ionisatie (CI), MALDI en atmosferische druk ionisatietechnieken (#page=67, 68) [67](#page=67) [68](#page=68). * **Elektron Impact (EI):** Dit is de meest toegepaste ionisatiemethode bij GC-MS, omdat het doorgaans zowel het moleculair ion als fragmentionen genereert. Nadelen kunnen zijn dat spectra van isomeren moeilijk te onderscheiden zijn en dat de fragmentatie te intens kan zijn voor sommige verbindingen [68](#page=68). * **Chemische Ioni satie (CI):** CI is een "zachtere" ionisatiemethode die leidt tot minder fragmentatie en een hogere kans op de vorming van (pseudo-)moleculaire ionen. De ionisatie vindt plaats via reacties tussen geïoniseerde reagentia (zoals methaan, isobutaan of ammoniak) en de analyten [68](#page=68). * **Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI):** APCI is een zachte en robuuste ionisatietechniek voor analyten met lage tot gemiddelde polariteit en die vluchtig en thermisch stabiel zijn. De ionisatie vindt plaats onder atmosferische druk, wat resulteert in een veel hogere ionisatie-efficiëntie dan bij EI. Het proces omvat het vernevelen van het monster in een hete buis, gevolgd door een corona-ontlading die de analyten ioniseert [68](#page=68). * **Electrospray Ionisation (ESI):** ESI is een zeer zachte ionisatietechniek die plaatsvindt bij atmosferische druk en uitermate geschikt is voor het ioniseren van polaire verbindingen, inclusief grote biomoleculen zoals proteïnes. De analyten komen in oplossing de bron binnen via een hooggespannen naald, waarbij een nevel van geladen druppels wordt gevormd. Door verdamping van het oplosmiddel neemt de ladingsdichtheid toe, wat leidt tot uiteenspatten van de druppels en uiteindelijk tot de emissie van gasfase-ionen. ESI maakt meervoudige lading van macromoleculen mogelijk, waardoor deze meetbaar worden [69](#page=69). #### 3.2.3 Massa Analyse De massa-analysator is het kerndeel van een massaspectrometer. Veelgebruikte types zijn de kwadrupool-analysator, de magnetische analysator (vaak in combinatie met een elektrostatische analysator), de ionenvangst (ion trap) analysator en de TOF (Time of Flight) analysator [70](#page=70). * **Kwadrupool Massa-analysator:** Dit type analysator maakt gebruik van vier parallelle staven waartussen een wisselende spanning wordt aangelegd. De ionen volgen een oscillerende baan tussen de staven. Alleen ionen met een specifieke m/z-verhouding bereiken het einde van de staven bij een bepaalde spanning; andere ionen worden gevangen. Door de spanning continu te variëren (massa scanning), kunnen ionen van verschillende massa's opeenvolgend worden gedetecteerd. Dit principe wordt gebruikt in een quadrupool massa filter [70](#page=70). * **Ionenvangst Analysator:** De ionenvangstanalyzer is een compacte massafilter die lijkt op een kwadrupool. Ionen worden opgeslagen in een geëvacueerde holte met behulp van elektrische velden en kunnen vervolgens selectief worden uitgestoten op basis van hun moleculaire massa (#page=70, 71) [70](#page=70) [71](#page=71). * **Time of Flight (TOF) Analysator:** Bij de TOF-analysator worden ionen door een elektrisch veld versneld, waarbij ionen met dezelfde lading dezelfde kinetische energie ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) krijgen. De snelheid van de ionen hangt af van hun massa; lichtere deeltjes bewegen sneller dan zwaardere. Het verschil in aankomsttijd bij de detector is gecorreleerd aan de m/z-verhouding. TOF-analysatoren worden vaak gecombineerd met MALDI-ionisatie, waarbij hoofdzakelijk éénwaardige ionen worden gevormd, waardoor de massa direct uit het spectrum kan worden afgelezen. Dit type analysator wordt veel toegepast voor de detectie van biopolymeren [71](#page=71). #### 3.2.4 Het scheidend vermogen of resolutie De resolutie (R) van een massaspectrometer geeft aan hoe goed twee ionen met een verschillende m/z-waarde van elkaar gescheiden kunnen worden en wordt gedefinieerd als $R = \frac{m}{\Delta m}$, waarbij $m$ de gemeten massa is en $\Delta m$ het meetbare verschil in massa [71](#page=71). > **Tip:** Hoge resolutie is cruciaal voor het onderscheiden van moleculen met vergelijkbare massa's, zoals isotopen of isomeren [71](#page=71). Hoge resolutie massaspectrometrie (HRMS) meet de massa op 4 of 5 decimalen, terwijl lage resolutie MS (LRMS) de massa bepaalt tot op het dichtstbijzijnde gehele getal. Een kwadrupool-massafilter biedt doorgaans een lage resolutie, terwijl een magnetische sectoranalysator een zeer hoge resolutie kan bereiken [71](#page=71). > **Voorbeeld:** Twee stoffen met een massa van 32, waarbij de ene een accurate massa heeft van 32.0263 en de andere van 31.9898, kunnen alleen met hoge resolutie van elkaar worden onderscheiden [71](#page=71). --- # Elektroforetische technieken Elektroforese is een scheidingsmethode gebaseerd op de beweging van ionen in een elektrisch veld, resulterend in een elektroferogram [72](#page=72). ### 4.1 Inleiding tot elektroforese Elektroforese maakt gebruik van de beweging van geladen deeltjes onder invloed van een elektrisch veld om scheiding te bewerkstelligen. Anionen migreren naar de anode (positieve pool) en kationen naar de kathode (negatieve pool) met een constante migratiesnelheid [72](#page=72). #### 4.1.1 Elektroforetische mobiliteit De snelheid waarmee een ion in een elektrisch veld beweegt, wordt bepaald door de elektroforetische mobiliteit ($\mu_{EF}$) [73](#page=73). De relatie is: $v = \mu_{EF} E$ [73](#page=73). Waarbij: * $v$: snelheid [73](#page=73). * $\mu_{EF}$: elektroforetische mobiliteit [73](#page=73). * $E$: veldsterkte (V/cm) [73](#page=73). De elektroforetische mobiliteit zelf kan worden uitgedrukt als: $\mu_{EF} = \frac{q}{6\pi\eta r}$ [73](#page=73). Waarbij: * $q$: lading van het ion [73](#page=73). * $\eta$: viscositeit van het milieu [73](#page=73). * $r$: straal van het deeltje [73](#page=73). Dit toont aan dat $\mu_{EF}$ afhangt van de kenmerken van het ion ($q$ en $r$) en van het medium waarin de beweging plaatsvindt ($\eta$). Verschillende ionen zullen daardoor verschillende migratiesnelheden vertonen in hetzelfde medium, wat scheiding mogelijk maakt [73](#page=73). Scheiding is effectiever bij: * Toenemende analyse tijd [73](#page=73). * Hogere gebruikte veldsterkte ($E_{veld}$) [73](#page=73). * Een groter verschil in de verhouding $q/r$ tussen de ionen [73](#page=73). #### 4.1.2 Invloed van pH en iso-elektrisch punt De pH heeft een significante invloed op de migratiesnelheid van amfolieten, dit zijn verbindingen die zowel zure als basische eigenschappen bezitten, zoals aminozuren, peptiden en proteïnen. Aminozuren hebben minimaal een basische aminogroep (-NH₂) met een pK-waarde rond 9-9.5 en een zure carboxylgroep (-COOH) met een pK-waarde rond 2.0-2.5. Afhankelijk van de pH kunnen deze groepen al dan niet geladen zijn via protonering of deprotonering [73](#page=73). * Carboxylgroep: $-COOH \rightleftharpoons -COO^- + H^+$ [73](#page=73). * Aminogroep: $RNH_2 + H^+ \rightleftharpoons RNH_3^+$ [73](#page=73). Bij een specifieke pH, het iso-elektrisch punt (pI), komt een aminozuur voornamelijk voor als zwitterion, waarbij de positieve en negatieve ladingen elkaar compenseren. Bij deze pH is de netto lading van het molecuul vrijwel nul, wat resulteert in een mobiliteit van ongeveer nul. Het iso-elektrisch punt kan berekend worden als het gemiddelde van de pK-waarden van de ioniseerbare groepen [73](#page=73): $pI = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$ [73](#page=73). Experimenteel wordt het iso-elektrisch punt gedefinieerd als de pH waarbij een proteïne niet migreert in een elektrisch veld [74](#page=74). * Bij een pH hoger dan pI heeft de amfoliet een anionisch karakter en migreert naar de anode [74](#page=74). * Bij een pH lager dan pI heeft de amfoliet een kationisch karakter en migreert naar de kathode [74](#page=74). De mobiliteit wordt verder beïnvloed door de lading ($q$) en de afmetingen (straal $r$) van het ion; hogere lading en kleinere afmetingen leiden tot sterkere aantrekking tot de tegenovergestelde elektrode [74](#page=74). #### 4.1.3 Overgang naar capillaire elektroforese Klassieke elektroforese in vlakke poreuze gels is vaak tijdrovend, inefficiënt en niet te automatiseren. Capillaire elektroforese biedt daarentegen snelle en efficiënte scheidingen [74](#page=74). ### 4.2 Capillaire (zone)elektroforese (CE) Capillaire elektroforese (CE) wordt uitgevoerd in capillairen met interne diameters van 25 tot 100 µm, meestal gemaakt van kwarts (fused silica). Deze capillairen kunnen naakt, gecoat of gevuld met een gel worden gebruikt. Er worden zeer hoge potentiaalvelden toegepast, tot 30 kV [74](#page=74). Een standaard CE-opstelling bestaat uit een capillair waarvan de uiteinden in twee reservoirs met bufferoplossing zijn geplaatst, elk met een elektrode. Een spanningsbron zorgt voor een groot potentiaalverschil tussen de elektroden. Aan het einde van het capillair bevindt zich een detector voor on-line detectie van gepasseerde componenten [74](#page=74). > **Tip:** CE wordt niet alleen in de biochemie, maar ook in de farmaceutische analyse veelvuldig toegepast en wordt beschouwd als een belangrijk alternatief voor omgekeerde-fase (RP) scheidingen, mede door de mogelijkheid van on-line detectie [75](#page=75). Het resultaat, het elektroferogram, lijkt sterk op een chromatogram [75](#page=75). #### 4.2.1 Voordelen van CE * Zeer goede scheidingen mogelijk (tot 30 miljoen theoretische platen per meter) [75](#page=75). * Snelle analyse (5 tot 30 minuten) [75](#page=75). * Vereist geen grote hoeveelheden dure of toxische solventen, maar voornamelijk waterige buffers [75](#page=75). * Slechts nanoliters van het monster zijn nodig. Dit is zowel een voordeel (weinig monster nodig) als een nadeel wat betreft gevoeligheid in concentratietermen [75](#page=75). #### 4.2.2 Uitvoeringsmethoden in CE Er zijn vier hoofduitvoeringsmethoden te onderscheiden: ##### 4.2.2.1 Capillaire zone-elektroforese (CZE) In CZE bepaalt naast het elektroforetische effect (EF) ook het elektro-osmotische effect (EOF) de mobiliteit. Het EOF is gerelateerd aan de structuur van het capillairmateriaal, zoals kwarts met SiO-groepen. Deze silanolgroepen zijn zuur en ioniseren boven pH 3, waardoor het oppervlak van een naakt capillair een negatieve lading krijgt [75](#page=75) [76](#page=76). Positieve ionen uit de buffer vormen een dubbellaag: een niet-mobiele laag met niet-gehydrateerde kationen en een mobiele laag met gehydrateerde kationen. Bij het aanleggen van een hoogspanning bewegen de vrije kationen naar de negatieve elektrode, waarbij de bulk van de oplossing wordt meegesleept. Dit fenomeen wordt het elektro-osmotisch effect genoemd en verklaart waarom ook neutrale bestanddelen bewegen onder invloed van het elektrische veld. De potentiaal geassocieerd met dit effect wordt de stromingspotentiaal genoemd [76](#page=76). > **Tip:** De grootte van de EOF wordt beïnvloed door bufferconcentratie, viscositeit en pH. De EOF kan worden gewijzigd door modificatie van de capillairwand [76](#page=76). Een belangrijk voordeel van de EOF is dat alle deeltjes, ongeacht hun lading, in één richting bewegen. Onder normale omstandigheden (negatieve capillairwand) beweegt de EOF naar de kathode [76](#page=76). * **Kationen:** Migreren het snelst omdat zowel de elektroforetische flow als de EOF dezelfde richting op wijzen (naar de kathode) [76](#page=76). * **Niet-geladen deeltjes:** Bewegen met de snelheid van de EOF en kunnen onderling niet gescheiden worden [76](#page=76). * **Anionen:** Bereiken de detector het laatst. Zij worden door de elektroforetische flow naar de anode getrokken, maar de EOF voert ze naar de kathode. De EOF is hierbij groter dan de elektroforetische flow [76](#page=76).  [77](#page=77). CZE kan zowel organische verbindingen, anorganische ionen als peptiden scheiden [77](#page=77). ##### 4.2.2.2 Micellaire elektrokinetische capillaire chromatografie (MEKC) MEKC combineert capillaire elektroforese met micelvorming. Micellen zijn sferische aggregaten van tensioactieve stoffen, zoals natriumdodecylsulfaat (SDS), met een hydrofiel exterieur en hydrofobe interieur. Ze dragen een uitwendige lading en hun beweging is het resultaat van de som van elektroforetische en elektro-endosmotische effecten [77](#page=77). Neutrale moleculen kunnen interageren met het hydrofobe deel van de micellen en verdelen zich tussen de micelle en de omringende vloeistof, afhankelijk van de interactiekracht. De scheiding wordt bepaald door de eigen elektroforetische beweging van de stof en de mate van partitie naar de micelle. De micellen fungeren als een stationaire fase, waarbij de interactiesterkte de elutievolgorde bepaalt, maar in tegenstelling tot een stationaire fase bewegen de micellen [77](#page=77). > **Voorbeeld:** Stoffen verdelen zich tussen de micel en de oplossing. Verschillende interactiesterktes met de micellen resulteren in scheiding [78](#page=78). ##### 4.2.2.3 Capillaire elektrochromatografie (CEC) CEC is een hybride techniek die HPLC en CE combineert. Een omgekeerde-fase stationaire fase wordt in een fused silica capillair gepakt (interne diameter 50-200 µm, partikelgrootte 1-5 µm). Door het aanleggen van een elektrisch veld wordt de mobiele fase door de stationaire fase geduwd, waardoor geen hoge druk pomp nodig is [78](#page=78). ##### 4.2.2.4 Capillaire gel elektroforese Deze techniek maakt gebruik van met gel gevulde capillairen en wordt vaak toegepast voor de scheiding van DNA-fragmenten (variërend van minder dan 100 tot meer dan 2000 baseparen). De scheiding is gebaseerd op de grootte van de ionen, vergelijkbaar met klassieke gelelektroforese, waarbij de gel fungeert als een moleculaire zeef. Componenten met vergelijkbare lading of lading/grootte-verhouding, maar verschillende grootte, kunnen gescheiden worden, zoals DNA-fragmenten en SDS-proteïnen. Dit is een geminiaturiseerde vorm van klassieke gelelektroforese [78](#page=78). ##### 4.2.2.5 Capillaire isoelektrische focusering (CIEF) CIEF wordt gebruikt voor de scheiding van peptiden en proteïnen op basis van hun iso-elektrisch punt (pI). Zie klinische chemie voor meer informatie [78](#page=78). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Analyten | De componenten in een materiaal die men wenst te bepalen middels een chemische analyse. | | Kwalitatieve analyse | Een analysetechniek die tot doel heeft te achterhalen welke elementen of moleculen aanwezig zijn in een monster. | | Kwantitatieve analyse | Een analysetechniek die tot doel heeft de concentratie van aanwezige componenten in een monster te bepalen. | | Klassieke analytische methoden (Natte chemie) | Analysemethoden die gebruikmaken van scheidingstechnieken zoals neerslagvorming, extractie of destillatie, gevolgd door kwalitatieve bepalingen op basis van fysische of chemische eigenschappen, en kwantitatieve bepalingen via gravimetrie of titrimetrie. | | Instrumentele analytische methoden | Analysemethoden die een specifieke fysische eigenschap van een component meten, zoals de absorptie of emissie van licht, elektrisch geleidingsvermogen, of massa-ladingverhoudingen. | | Chromatografie | Een efficiënte scheidingsmethode die het mogelijk maakt componenten in een mengsel te scheiden alvorens deze te kwantificeren. | | Elektroforese | Een scheidingstechniek gebaseerd op de beweging van geladen moleculen in een elektrisch veld. | | Monstername (Sampling) | Het proces waarbij een representatieve fractie van het te onderzoeken materiaal wordt afgezonderd voor analyse. | | Voorbereiding (Preliminary sample treatment) | De initiële bewerking van een monster, zoals homogeniseren of het verwijderen van niet-monsterlijk materiaal, ter voorbereiding op verdere analyse. | | Opzuiveringen (Separations) | Stappen binnen een analyse waarbij het te meten bestanddeel gescheiden wordt van interfererende stoffen of omgezet wordt in een meetbare vorm, bijvoorbeeld door derivatisatie. | | Precisie | De mate van spreiding in meetresultaten die verkregen worden door een methode herhaaldelijk op hetzelfde monster toe te passen. Het kwantificeert de toevallige (random) fouten. | | Herhaalbaarheid | De precisie verkregen onder "ideale" omstandigheden, waarbij metingen door dezelfde analist, met dezelfde apparatuur, kort op elkaar worden uitgevoerd. | | Reproduceerbaarheid | De precisie verkregen onder variabele omstandigheden, zoals op verschillende dagen, met andere reagentia, of door verschillende laboratoria. | | Standaarddeviatie (SD, s) | Een statistische maat die de spreiding van meetwaarden rond het gemiddelde weergeeft en wordt gebruikt om de precisie van een methode uit te drukken. | | Relatieve standaarddeviatie (RSD) | Een maat voor de precisie die de standaarddeviatie uitdrukt als een percentage van de gemiddelde waarde, wat een beter inzicht geeft in de betrouwbaarheid van de meting ten opzichte van de gemeten concentratie. | | Juistheid | De mate van overeenstemming tussen het gemiddelde van de metingen en de werkelijke waarde van de te bepalen component. Het geeft de systematische fouten weer. | | Bias | Het absolute verschil tussen het gemiddelde van de metingen en de werkelijke waarde van een component, wat de mate van systematische afwijking aangeeft. | | Controlestalen (Gecertificeerde referentiematerialen) | Materialen met gekende concentraties van specifieke componenten die worden gebruikt om de juistheid van een analysemethode te valideren. | | Spiking | De procedure waarbij een bekende hoeveelheid van het analiet wordt toegevoegd aan een blanco monster of aan een staal om de recovery te bepalen en daarmee de juistheid van de methode te evalueren. | | Recovery (Terugvindingspercentage) | Het percentage van de toegevoegde hoeveelheid analiet dat succesvol wordt teruggevonden en gemeten in een monster, gebruikt als indicatie van de juistheid van de methode. | | Standaard additie methode | Een kalibratiemethode waarbij bekende hoeveelheden analyt worden toegevoegd aan het onbekende staal zelf, om matrixeffecten te compenseren en de juistheid van de bepaling te verbeteren. | | Systematische fouten | Fouten die de resultaten consistent in dezelfde richting afwijken (bv. altijd te hoog of altijd te laag), en die de juistheid van een meting beïnvloeden. | | Gevoeligheid | De mate waarin een methode kleine veranderingen in de concentratie van een component op betrouwbare wijze kan meten, vaak gelijkgesteld aan de helling van de ijklijn. | | Detectielimiet (LOD, Limit of Detection) | De kleinste concentratie van een analiet die met een bepaalde analysemethode nog betrouwbaar kan worden aangetoond, wat betekent dat het signaal te onderscheiden is van de achtergrondruis. | | Bepalingslimiet (Kwantificatielimiet, LOQ) | De laagste concentratie van een analiet waarbij de concentratie op betrouwbare wijze kan worden gekwantificeerd, wat vereist dat het signaal significant hoger is dan de blancowaarde. | | Selectiviteit (Specificiteit) | De mate waarin een analysemethode het beoogde analiet kan bepalen zonder interferentie van andere vergelijkbare componenten in het monster. | | Robuustheid | De ongevoeligheid van een analysemethode voor kleine variaties in omstandigheden zoals temperatuur, pH, of gebruikte reagentia, zonder significante invloed op de precisie en juistheid. | | Kalibratiecurve (Standaardcurve) | Een grafische weergave die het verband tussen het analytische signaal en de bekende concentraties van standaarden weergeeft, gebruikt om onbekende concentraties te bepalen. | | Lineaire regressie | Een statistische methode om de "beste passende" rechte lijn te vinden door een reeks datapunten, gebruikt om de relatie tussen concentratie en signaal te beschrijven in de vorm van $y = a.x + b$. | | Lineariteit | De eigenschap van een methode waarbij er binnen een bepaald bereik een recht evenredig verband bestaat tussen de gemeten respons en de concentratie van de te bepalen component. | | Dynamisch bereik | Het concentratiegebied waarin een methode lineair reageert en betrouwbare kwantificatie mogelijk is, lopend van de kwantificatielimiet (LOQ) tot het punt waar de kalibratiecurve begint af te wijken. | | Correlatiecoëfficiënt | Een statistische maat ($r$ of $r^2$) die de sterkte en richting van de lineaire relatie tussen twee variabelen aangeeft, gebruikt om de kwaliteit van een kalibratiecurve te beoordelen. | | Externe standaardmethode | Een kalibratiemethode waarbij standaarden met bekende concentraties onafhankelijk van het monster worden geanalyseerd om een kalibratiecurve op te stellen, waarna de concentratie in het monster wordt bepaald. | | Standaardadditie methode | Een kalibratiemethode waarbij bekende hoeveelheden van het analiet aan het onbekende monster worden toegevoegd om matrixeffecten te compenseren. | | Interne standaardmethode | Een kalibratiemethode waarbij een specifieke stof (interne standaard) met bekende chemische eigenschappen wordt toegevoegd aan zowel standaarden als monsters om variaties in de analyse te corrigeren. | | Molaire concentratie (c) | De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als het aantal mol per volume-eenheid van de oplossing, vaak in mol/L. | | Massaconcentratie | De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als het aantal gram per volume-eenheid van de oplossing, vaak in g/L of mg/L. | | Fractionele concentraties | Uitdrukkingen die het aandeel van een opgeloste stof in het totale mengsel weergeven, zoals massafractie, volumefractie of massa/volume-fractie, vaak uitgedrukt in percentages, promille, ppm of ppb. | | Massafractie | De fractie van een component in een mengsel, waarbij zowel de massa van de component als de massa van het mengsel worden beschouwd. | | Volumefractie | De fractie van een component in een mengsel, waarbij zowel het volume van de component als het volume van het mengsel worden beschouwd. | | Massa/volumefractie | De fractie van een component in een mengsel, waarbij de massa van de opgeloste stof en het volume van het mengsel worden beschouwd. | | ppm (parts per million) | Een eenheid voor fractionele concentratie die een miljardste deel van het geheel aangeeft (10$^{-6}$), vaak gebruikt voor zeer lage concentraties. | | ppb (parts per billion) | Een eenheid voor fractionele concentratie die een miljardste deel van het geheel aangeeft (10$^{-9}$), gebruikt voor extreem lage concentraties. | | Term | Definitie | | Mobiele fase | De vloeistof of het gas dat door het chromatografische systeem stroomt en de te scheiden componenten meevoert. | | Stationaire fase | Het vaste materiaal of de vloeistof die geïmmobiliseerd is op een drager, en waarlangs de mobiele fase stroomt. De componenten interageren met de stationaire fase, wat leidt tot scheiding. | | Ontwikkeling | Het proces waarbij de componenten van het mengsel, meegenomen door de mobiele fase, zich door de stationaire fase bewegen. | | Elutie | Het proces waarbij de te onderzoeken stof, die op de stationaire fase is vastgehouden, wordt losgewassen en van de stationaire fase wordt verwijderd. | | Eluens | De mobiele fase die wordt gebruikt om de componenten uit de stationaire fase te elueren. | | Eluaat | De oplossing die de kolom verlaat na de elutie, en die de gescheiden componenten bevat. | | Retentie | Het proces waarbij een stof wordt weerhouden of vertraagd door interactie met de stationaire fase tijdens de chromatografische scheiding. | | Retentietijd ($t_R$) | De tijd die een specifieke component van het mengsel nodig heeft om de kolom te doorlopen en te elueren, gemeten vanaf het moment van injectie tot de detectiepiek. | | Chromatogram | Een grafische weergave van het detectorsignaal als functie van de tijd, die de scheiding van de componenten van een mengsel in een chromatografisch systeem laat zien. | | Gaschromatografie (GC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een gas is en wordt gebruikt voor het scheiden van vluchtige stoffen. | | Vloeistofchromatografie (LC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een vloeistof is en wordt gebruikt voor het scheiden van stoffen die niet gemakkelijk vluchtig zijn of bij hoge temperaturen instabiel zijn. | | Adsorptiechromatografie | Een chromatografische techniek waarbij de scheiding gebaseerd is op adsorptie van de componenten van het mengsel aan het oppervlak van de stationaire fase. | | Partitiechromatografie (Verdelingschromatografie) | Een chromatografische techniek waarbij de scheiding gebaseerd is op de verdeling van componenten tussen de mobiele fase en een vloeibare stationaire fase. | | Ionenuitwisselingschromatografie (IEC) | Een chromatografische techniek waarbij de stationaire fase geladen functionele groepen bevat die ionen uitwisselen met de ionen in de mobiele fase, resulterend in scheiding op basis van lading. | | Exclusiechromatografie | Een chromatografische techniek waarbij scheiding voornamelijk plaatsvindt op basis van moleculaire grootte en/of vorm. Deeltjes die groter zijn dan de poriën van de stationaire fase, passeren sneller. | | Affiniteitschromatografie | Een chromatografische techniek die gebruikmaakt van een specifieke interactie (affiniteit) tussen een analyt en een ligand die aan de stationaire fase is gebonden om een scheiding te bewerkstelligen. | | Papierchromatografie | Een eenvoudige chromatografische techniek waarbij filtreerpapier als stationaire fase fungeert (geïmmobiliseerd water) en een vloeistof als mobiele fase. | | Dunnelaagchromatografie (TLC) | Een chromatografische techniek waarbij een dunne laag van een stationaire fase (bv. silicagel) op een plaat wordt aangebracht. De scheiding vindt plaats door de capillaire migratie van de mobiele fase. | | Resolutie ($R_s$) | Een maat voor de mate waarin twee pieken in een chromatogram gescheiden zijn, wat aangeeft hoe goed twee componenten van elkaar te onderscheiden zijn. Een hogere resolutie betekent een betere scheiding. | | Bandverbreding (Piekverbreding) | Het fenomeen waarbij de pieken in een chromatogram breder worden tijdens de migratie door de kolom, wat resulteert in een verminderde resolutie. | | Verdelingscoëfficiënt ($K_D$) | Een evenwichtsconstante die de verdeling van een opgeloste stof tussen de mobiele en stationaire fase beschrijft; de verhouding tussen de concentratie van een stof in de stationaire fase en de concentratie ervan in de mobiele fase bij evenwicht. | | Retentiefactor ($k'$) (Capaciteitsfactor) | Een dimensieloze parameter die de mate van retentie van een analyt op de kolom aangeeft; de verhouding van de tijd die een component in de stationaire fase doorbrengt tot de tijd die hij in de mobiele fase doorbrengt. | | Selectiviteit ($\alpha$) | De verhouding van de gecorrigeerde retentietijden van twee componenten, die aangeeft hoe goed de chromatografische kolom de twee componenten van elkaar kan scheiden. Een waarde groter dan 1 duidt op selectiviteit. | | Theoretische platen ($N$) | Een maat voor de efficiëntie van een chromatografische kolom, waarbij een groter aantal theoretische platen wijst op een hogere scheidingskwaliteit. | | Plaathoogte (HETP) | Height Equivalent of a Theoretical Plate; een maat voor de efficiëntie van een chromatografische kolom die de kolomlengte meeneemt. Een lagere HETP duidt op een efficiëntere kolom. | | HPLC (High Performance Liquid Chromatography) | Een geavanceerde vorm van vloeistofchromatografie die gebruikmaakt van hoge druk om de mobiele fase door een kolom met fijne deeltjes te persen, wat resulteert in hoge resolutie en snelle analyses. | | Normale fase (NP) chromatografie | Een chromatografische modus waarbij de stationaire fase polair is en de mobiele fase apolair. Componenten interageren sterker met de polaire stationaire fase. | | Omgekeerde fase (RP) chromatografie | Een chromatografische modus waarbij de stationaire fase apolair is (vaak met lange koolstofketens) en de mobiele fase polair. Componenten die apolairder zijn, worden sterker vastgehouden. | | Dode tijd ($t_m$) (Holdup time) | De tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen zonder interactie met de stationaire fase; de tijd die de mobiele fase nodig heeft om de kolom te passeren. | | Gecorrigeerde retentietijd ($t'_R$) | Het verschil tussen de retentietijd van een component en de dode tijd van de kolom; de tijd die de component effectief in de stationaire fase heeft doorgebracht. | | Bandverbreding (Eddy-diffusie) | Een oorzaak van piekverbreding in chromatografie waarbij componenten verschillende paden door de kolom volgen, wat leidt tot een spreiding van de componenten. | | Bandverbreding (Longitudinale diffusie) | Een oorzaak van piekverbreding waarbij moleculen zich verspreiden in de richting van de mobiele fase door hun willekeurige beweging, vooral significant in gassen. | | Massatransfer | Het proces waarbij moleculen overgaan van de mobiele naar de stationaire fase en vice versa. Het tijd nodig voor dit proces draagt bij aan bandverbreding. | | UV-absorptiedetector | Een detector die gebruikmaakt van de absorptie van ultraviolet licht door componenten om deze te detecteren. Vaak specifiek voor verbindingen met dubbele bindingen. | | Fluorescentiedetector | Een detector die fluorescerende componenten detecteert door het meten van de emissie van licht na excitatie. Zeer gevoelig voor fluorescerende stoffen. | | Conductometrische detector | Een detector die de elektrische geleidbaarheid van de mobiele fase meet. Veranderingen in geleidbaarheid duiden op de aanwezigheid van geïoniseerde componenten. | | Massaspectrometrie (MS) | Een techniek die ionen scheidt en detecteert op basis van hun massa-ladingverhouding ($m/z$). Wordt vaak gekoppeld aan chromatografie voor identificatie en kwantificatie. | | Guard kolom | Een korte, verwisselbare kolom die vóór de analytische kolom wordt geplaatst om te voorkomen dat sterke verontreinigingen de analytische kolom beschadigen of verstoppen. | | Isocratische elutie | Een chromatografische analyse waarbij de samenstelling van de mobiele fase constant blijft gedurende de gehele elutie. | | Gradiënt elutie | Een chromatografische analyse waarbij de samenstelling van de mobiele fase tijdens de elutie wordt gevarieerd, vaak om de scheiding van componenten met sterk verschillende retenties te verbeteren. | | Capillaire kolom | Een zeer smalle chromatografische kolom met een kleine interne diameter, vaak gebruikt in gaschromatografie, die hoge resolutie biedt. | | Gepakte kolom | Een chromatografische kolom die gevuld is met de stationaire fase, veelal gebruikt in zowel gas- als vloeistofchromatografie. | | Split injectie | Een injectietechniek in gaschromatografie waarbij een deel van het monster wordt weggesplitst voordat het de kolom bereikt, waardoor de kolom niet wordt overladen. | | Splitless injectie | Een injectietechniek in gaschromatografie waarbij het volledige monster op de kolom wordt gebracht, vaak met behulp van een lage starttemperatuur om het monster te concentreren. | | PTV injector (Programmed Temperature Vaporization) | Een geavanceerde gaschromatografie injector die snelle opwarming en afkoeling mogelijk maakt, geschikt voor het injecteren van grotere volumes met minimale bandspreiding. | | Headspace analyse | Een monstervoorbereidingstechniek waarbij de vluchtige componenten uit de gasfase boven een monster worden geanalyseerd, nuttig voor het bepalen van vluchtige stoffen in vaste of vloeibare matrices. | | Vlamionisatiedetector (FID) | Een veelgebruikte detector in gaschromatografie die organische verbindingen detecteert door ze te verbranden en de gevormde ionen te meten. Gevoelig voor koolwaterstoffen. | | Thermische geleidbaarheidsdetector (TCD) | Een universele detector in gaschromatografie die de thermische geleidbaarheid van de gasstroom meet. Detecteert alle componenten die verschillen van het draaggas. | | Elektron capture detector (ECD) | Een zeer gevoelige detector in gaschromatografie, specifiek voor elektronegatieve verbindingen zoals gehalogeneerde pesticiden. | | Externe standaard methode | Een kwantificatiemethode waarbij de signalen van onbekende monsters worden vergeleken met de signalen van standaardoplossingen met bekende concentraties. | | Interne standaard methode | Een kwantificatiemethode waarbij een bekende hoeveelheid van een interne standaard wordt toegevoegd aan zowel de monster- als de standaardoplossingen om toestel- en procedurefouten te elimineren. | | Moleculair ion | Het ion dat ontstaat door de verwijdering van één elektron uit een neutraal molecuul, waardoor de massa van het oorspronkelijke molecuul wordt vertegenwoordigd. | | Fragmentatie | Het proces waarbij een moleculair ion uiteenvalt in kleinere, geladen fragmenten, wat resulteert in een reeks ionen met verschillende massa-ladingverhoudingen. | | Massaspectrum | Een grafische weergave van de relatieve abundantie van de verschillende ionen die worden geproduceerd in een massaspectrometer, geplot tegen hun massa-ladingverhouding (m/z). | | Basispiek | De meest intense piek in een massaspectrum, die gewoonlijk wordt toegewezen aan het meest stabiele of meest voorkomende fragmention en die wordt ingesteld op 100% intensiteit voor schaalvergroting. | | Ionisatiebron | Het onderdeel van de massaspectrometer dat verantwoordelijk is voor het omzetten van neutrale moleculen in geladen ionen, essentieel voor de scheiding en detectie. | | Elektron impact (EI) | Een veelgebruikte ionisatiemethode waarbij moleculen worden gebombardeerd met elektronen met hoge energie, wat leidt tot ionisatie en aanzienlijke fragmentatie. | | Massa-analysator | Het deel van de massaspectrometer dat de geïoniseerde deeltjes scheidt op basis van hun massa-ladingverhouding (m/z) voordat ze de detector bereiken. | | Kwadrupool massa-analysator | Een type massa-analysator dat gebruik maakt van vier parallelle staven met wisselende elektrische spanningen om ionen met specifieke massa-ladingverhoudingen te selecteren die de detector kunnen bereiken. | | Ionenvangst (ion trap) analysator | Een compacte massa-analysator die ionen opslaat in een geëvacueerde ruimte met behulp van elektrische velden en ze vervolgens selectief kan uitstoten op basis van hun moleculaire massa. | | Time of Flight (TOF) analysator | Een massa-analysator die de tijd meet die ionen nodig hebben om een vaste afstand af te leggen na versnelling door een elektrisch veld, waarbij lichtere ionen sneller bewegen dan zwaardere ionen. | | Resolutie (R) | Een maatstaf voor het vermogen van een massaspectrometer om twee ionen met nabijgelegen massa-ladingverhoudingen van elkaar te scheiden, gedefinieerd als $R = m/\Delta m$. | | Hoge resolutie massaspectrometrie (HRMS) | Een massaspectrometrische techniek die de massa van ionen met een zeer hoge precisie bepaalt, vaak tot op vier of vijf decimalen, om moleculaire formules nauwkeurig te identificeren. | | Chemische ionisatie (CI) | Een "zachtere" ionisatiemethode die minder fragmentatie veroorzaakt dan EI, waarbij de ionisatie van analyten plaatsvindt door reacties met secundaire ionen van een reactiegas. | | Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) | Een zachte ionisatietechniek die plaatsvindt bij atmosferische druk, geschikt voor analyten met lage tot gemiddelde polariteit, waarbij ionisatie optreedt via corona-ontladingen. | | Electrospray Ionisation (ESI) | Een zeer zachte ionisatietechniek, uitgevoerd bij atmosferische druk, die uitermate geschikt is voor het ioniseren van polaire verbindingen, inclusief macromoleculen, door de vorming van een geladen aërosol. | | Elektroforetische mobiliteit (µEF) | Een maat voor hoe snel een ion beweegt in een elektrisch veld, afhankelijk van de lading, de grootte van het ion, en de eigenschappen van het omringende medium zoals de viscositeit en de veldsterkte. | | Amfoliet | Een molecuul dat zowel zure als basische functionele groepen bevat, zoals aminozuren, peptiden en proteïnen. De lading en daarmee de mobiliteit van een amfoliet hangt sterk af van de pH van het medium. | | Iso-elektrisch punt (pI) | De specifieke pH-waarde waarbij een amfoliet netto geen lading heeft. Bij deze pH zijn de positieve en negatieve ladingen in het molecuul in evenwicht, wat resulteert in een mobiliteit van ongeveer nul in een elektrisch veld. | | Capillaire zone-elektroforese (CZE) | Een elektroforetische scheidingstechniek die gebruik maakt van dunne capillairen (buisjes) gevuld met een bufferoplossing. Scheiding vindt plaats op basis van de verschillende elektroforetische mobiliteiten van de componenten in het monster. | | Elektro-osmotisch effect (EOF) | De beweging van de gehele bufferoplossing in een capillair onder invloed van een aangelegd elektrisch veld. Dit effect ontstaat door de geladen wand van de capillair en zorgt ervoor dat ook neutrale componenten bewegen. | | Micellaire elektrokinetische capillaire chromatografie (MEKC) | Een techniek die elektroforese combineert met micelvorming. Neutrale moleculen kunnen interageren met de hydrofobe delen van de micellen, waardoor scheiding mogelijk wordt op basis van hun verdelingsgedrag tussen de micel en de mobiele fase. | | Capillaire elektrochromatografie (CEC) | Een hybride scheidingstechniek die elementen van zowel capillaire elektroforese als hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) integreert. De mobiele fase wordt door een stationaire fase in een capillair gestuwd door middel van een elektrisch veld, wat de noodzaak van een hoge druk pomp elimineert. | | Capillaire gel elektroforese | Een techniek waarbij elektroforese wordt uitgevoerd in een capillair dat gevuld is met een gelmatrix. Deze methode wordt voornamelijk gebruikt voor het scheiden van biomoleculen zoals DNA-fragmenten en proteïnen, gebaseerd op hun grootte en lading. |

# Inleidende begrippen en karakteristieken van analysemethoden Dit hoofdstuk introduceert de fundamentele concepten en classificatie van analytische methoden, inclusief hun essentiële kenmerken en kalibratiestrategieën. ## 1. Inleiding tot analytische methoden Chemische analyses, cruciaal in diverse wetenschappelijke en industriële sectoren, hebben tot doel de aanwezigheid en concentratie van specifieke componenten (analyten) in een materiaal te achterhalen. Het ontwikkelen en valideren van een geschikte analysemethode is hierbij een essentiële stap, waarbij factoren als monstergrootte, samenstelling, vereiste nauwkeurigheid en snelheid een rol spelen [5](#page=5). ## 2. Indeling van analysemethoden Analytische methoden worden primair ingedeeld in klassieke (natte chemie) en instrumentele methoden [5](#page=5). ### 2.1 Klassieke analytische methoden Deze methoden maken gebruik van scheidingsprocessen zoals neerslag, extractie of destillatie, gevolgd door kwalitatieve identificatie op basis van eigenschappen zoals kleur, smeltpunt of oplosbaarheid. Kwantitatieve bepalingen worden uitgevoerd middels gravimetrie of titrimetrie [5](#page=5). ### 2.2 Instrumentele analytische methoden Instrumentele methoden meten specifieke fysische of chemische eigenschappen van componenten, zoals de absorptie of emissie van licht (spectroscopie), geleidbaarheid of elektrodepotentiaal (elektrochemie), massa-ladingverhouding (massaspectrometrie) of reactiesnelheid (kinetische methoden). Daarnaast worden efficiënte scheidingsmethoden zoals chromatografie en elektroforese ingezet om componenten in mengsels te isoleren alvorens ze te kwantificeren [5](#page=5). De keuze van een specifieke analysemethode is afhankelijk van: * **Aard en kwaliteit van de vereiste informatie**: Welke componenten moeten bepaald worden, kwalitatief of kwantitatief, en met welke nauwkeurigheid en precisie [6](#page=6). * **Randvoorwaarden**: Concentratiegebied (hoofd-, neven- of sporenelementen), aantal monsters (snelheid), en economische aspecten zoals kostprijs per monster en apparatuur [6](#page=6). ## 3. Verloop van een analyse Een typische analyse doorloopt de volgende stadia [6](#page=6): 1. **Keuze van de methode**: Selectie van de meest geschikte methode voor het analytische probleem. 2. **Monstername**: Afzonderen van een representatieve fractie van het te onderzoeken materiaal. 3. **Voorbereiding**: Homogeniseren van het monster en verwijderen van niet-relevante materialen. 4. **Opzuiveringen**: Scheiden van het te meten bestanddeel van interfererende stoffen, eventueel gevolgd door derivatisatie. 5. **Meting**: Het daadwerkelijk meten van het analytische signaal. 6. **Evaluatie van het resultaat**: Statistische of andere methodes om de betrouwbaarheid van de resultaten te beoordelen. ## 4. Karakteristieken van een methode De betrouwbaarheid van een analysemethode wordt beoordeeld aan de hand van diverse kenmerken [6](#page=6). ### 4.1 Precisie Precisie is de mate van spreiding in meetresultaten verkregen bij herhaalde metingen op hetzelfde monster. Het weerspiegelt de invloed van toevallige (random) fouten [7](#page=7) [8](#page=8). * **Herhaalbaarheid**: Metingen onder identieke omstandigheden (dezelfde analist, apparatuur, korte tijdsduur) [7](#page=7). * **Reproduceerbaarheid**: Metingen onder variabele omstandigheden (verschillende dagen, reagentia, laboratoria) [7](#page=7). Precisie wordt uitgedrukt als de **standaarddeviatie (s)**: $$ s = \sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2}{n-1}} $$ waarbij $x_i$ individuele meetwaarden zijn en $\bar{x}$ het gemiddelde [7](#page=7). De **relatieve standaarddeviatie (RSD)** geeft de precisie in verhouding tot het gemiddelde aan: $$ \text{RSD} = \frac{s}{\bar{x}} \times 100\% $$ Voorbeeld: Een RSD van 5,63% betekent dat de standaarddeviatie 5,63% van de gemiddelde waarde bedraagt. Algemeen worden resultaten binnen 5% als aanvaardbaar beschouwd, afhankelijk van de methode [8](#page=8). > **Tip**: Resultaten worden vaak weergegeven als gemiddelde $\pm$ s. Bij een normale verdeling ligt 68% van de resultaten binnen $\bar{x} \pm s$ en 99,7% binnen $\bar{x} \pm 3s$ [8](#page=8). ### 4.2 Juistheid (Accuracy) Juistheid is de mate van overeenstemming tussen het gemiddelde van de metingen ($\xi$) en de werkelijke waarde ($\mu_0$). Het verschil hiertussen wordt de **bias** genoemd [8](#page=8): $$ \text{bias} = |\xi - \mu_0| $$ Juistheid wordt bepaald met gecertificeerde referentiematerialen of door middel van **spiking**: het toevoegen van een bekende hoeveelheid analyt aan een blanco monster met dezelfde matrix. Het **recovery** (terugvindingspercentage) wordt dan berekend [8](#page=8): $$ \text{recovery} = \frac{\text{gemeten hoeveelheid analyt}}{\text{toegevoegde hoeveelheid analyt}} \times 100\% $$ Indien een blanco met dezelfde matrix niet beschikbaar is, wordt de standaardadditie methode toegepast. Juistheid wordt beïnvloed door systematische fouten, die constant of proportioneel kunnen zijn [9](#page=9). ### 4.3 Gevoeligheid en Detectielimiet * **Gevoeligheid**: De mate waarin een methode kleine veranderingen in de analytconcentratie betrouwbaar kan meten. Dit wordt weerspiegeld door de helling van de ijklijn. Een gevoelige methode heeft een kalibratiecurve met een grote richtingscoëfficiënt [9](#page=9). * **Detectielimiet (LOD)**: De kleinste concentratie die met de methode aangetoond kan worden, waarbij het signaal nog onderscheidbaar is van de achtergrondruis. Het wordt berekend als [10](#page=10): $$ y_{\text{LOD}} = y_{\text{BLK}} + 3 s_{\text{BLK}} $$ Hierbij wordt $y_{\text{LOD}}$ ingevuld in de ijklijnvergelijking ($y = ax + b$) om de concentratie ($x_{\text{LOD}}$) te bepalen [10](#page=10). * **Kwantificatielimiet (LOQ)**: De laagste concentratie waarbij een kwantitatieve bepaling betrouwbaar mogelijk is. Het signaal moet hierbij minimaal gelijk zijn aan de blanco plus tien maal de standaarddeviatie van de blanco [10](#page=10). ### 4.4 Selectiviteit (Specificiteit) Selectiviteit geeft aan in hoeverre een analyt bepaald kan worden zonder interferentie van andere componenten in het monster. Een volledig specifieke methode is eerder uitzonderlijk; vaak zijn er stappen nodig om interferenties te minimaliseren [10](#page=10). ### 4.5 Robuustheid Robuustheid is de ongevoeligheid van een methode voor kleine variaties in omstandigheden zoals temperatuur, reagentia, pH, analysewachttijd of de analist. Een robuuste methode levert consistente resultaten bij kleine wijzigingen in deze parameters [10](#page=10). ### 4.6 Lineariteit en Dynamisch Bereik * **Lineariteit**: Het bestaan van een lineair verband tussen het analytische signaal en de concentratie van de analyt binnen een bepaald bereik. Dit verband wordt vaak weergegeven door de vergelijking van een rechte lijn [11](#page=11): $$ y = a \cdot x + b $$ waarbij $a$ de helling en $b$ het snijpunt met de y-as is, bepaald met de kleinste kwadratenmethode [11](#page=11). * **Dynamisch Bereik**: Het meetgebied tussen de kwantificatielimiet (LOQ) en de concentratie waarbij de kalibratiecurve begint af te wijken van lineariteit (limit of linearity, LOL) [11](#page=11). De **correlatiecoëfficiënt (r)** kwantificeert hoe goed de gemeten punten op een rechte lijn liggen, met waarden dicht bij 1 die duiden op een sterke lineaire relatie [12](#page=12). $$ r = \frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})(y_i - \bar{y})}{\sqrt{\sum_{i=1}^{n}(x_i - \bar{x})^2 \sum_{i=1}^{n}(y_i - \bar{y})^2}} $$ Voor nauwkeurig analytisch werk is doorgaans een correlatiecoëfficiënt van $r > 0.997$ vereist [12](#page=12). ## 5. Kalibratiemethoden Kalibratie stelt het verband vast tussen het analytische signaal en de analytconcentratie, meestal met behulp van standaarden. Een blanco meting wordt gebruikt om het signaal te corrigeren [13](#page=13). ### 5.1 Externe standaardmethode Bij deze methode worden standaarden met bekende concentraties onafhankelijk van het monster gemeten, waarna een ijklijn wordt opgesteld. De concentratie van de analyt in het monster wordt berekend door de gemeten waarde van het monster in de ijklijn in te vullen. Deze methode veronderstelt gelijke matrixeffecten tussen standaard en monster [13](#page=13). ### 5.2 Standaardadditiemethode Deze methode wordt toegepast wanneer matrixeffecten verwacht of aanwezig zijn. Hierbij worden standaardoplossingen direct aan het monster toegevoegd (spiking). Meerdere porties van het monster worden genomen, waarbij aan elk een toenemende hoeveelheid standaard wordt toegevoegd, en één portie blijft ongemoeid. De concentratie wordt bepaald uit het snijpunt van de geplotte meetwaarden met de x-as [13](#page=13). ### 5.3 Interne standaardmethode Een interne standaard (met vergelijkbare chemische eigenschappen als de analyt, maar afzonderlijk meetbaar) wordt toegevoegd aan zowel standaarden als monsters. Dit compenseert voor variaties in de meting, zoals verschillen in extractieopbrengst of injectievolume. De verhouding van het signaal van de analyt tot het signaal van de interne standaard wordt uitgezet tegen de concentratie [14](#page=14) [15](#page=15). ## 6. Concentratie uitdrukkingen in oplossing De hoeveelheid opgeloste stof kan op verschillende manieren worden uitgedrukt [15](#page=15). ### 6.1 Molaire concentratie (c) De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als aantal mol per liter oplossing [15](#page=15). $$ c = \frac{n}{V} $$ waarbij $n$ het aantal mol is ($n = \frac{m}{M}$ met $m$ de massa en $M$ de molaire massa) [15](#page=15). ### 6.2 Massaconcentratie ($m_c$) De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als massa per volume-eenheid, meestal in gram per liter (g/L) of milligram per liter (mg/L) [16](#page=16). $$ m_c = \frac{m}{V} $$ ### 6.3 Fractionele concentraties Deze geven het deel opgeloste stof in het totale mengsel weer. Ze kunnen uitgedrukt worden als [16](#page=16): * **Massafractie (m/m)**: Massa opgeloste stof / massa mengsel. * **Volumefractie (V/V)**: Volume opgeloste stof / volume mengsel. * **Massa/volume fractie (m/V)**: Massa opgeloste stof / volume mengsel. Deze fracties kunnen verder gespecificeerd worden met eenheden zoals procent (%), promille (‰), parts per million (ppm, $10^{-6}$), of parts per billion (ppb, $10^{-9}$) [16](#page=16). Voor verdunde waterige oplossingen geldt: * 1 ppm $\approx$ 1 mg/L [16](#page=16). * 1 ppb $\approx$ 1 µg/L [16](#page=16). --- # Chromatografische scheidingsmethoden Chromatografie is een verzameling technieken gebaseerd op de verdeling van componenten van een mengsel tussen een stationaire en een mobiele fase, met als doel identificatie en kwantificatie [20](#page=20). ### 2.1 Principe van chromatografie Elk chromatografisch systeem bestaat uit een stationaire fase (vast of vloeibaar) en een mobiele fase (vloeistof of gas) die erlangs stroomt. Wanneer een mengsel op de stationaire fase wordt aangebracht, worden de componenten meegevoerd door de mobiele fase. De snelheid waarmee elke stof migreert, is afhankelijk van de interactie met zowel de stationaire als de mobiele fase. Stoffen die sterker aan de stationaire fase hechten, migreren langzamer. Aan het einde van de kolom wordt een detector geplaatst die een signaal produceert dat, uitgezet tegen de tijd, resulteert in een chromatogram [20](#page=20) [21](#page=21). ### 2.2 Algemene termen in chromatografie * **Mobiele fase:** Vloeistof of gas dat door het systeem stroomt [21](#page=21). * **Stationaire fase:** Vast materiaal of vloeistof geïmmobiliseerd op een drager [21](#page=21). * **Ontwikkeling:** Proces waarbij componenten met de mobiele fase door de stationaire fase stromen [21](#page=21). * **Visualisatie of detectie:** Bepaling van gescheiden componenten na de scheiding [21](#page=21). * **Elutie:** Proces waarbij de stof van de stationaire fase wordt gewassen [21](#page=21). * **Eluens:** De mobiele fase [21](#page=21). * **Eluaat:** Oplossing die de kolom verlaat [21](#page=21). * **Retentie:** Het weerhouden of vertragen van een stof op de stationaire fase [21](#page=21). * **Retentietijd:** De tijd die een stof nodig heeft om te elueren [21](#page=21). * **Chromatogram:** Grafische weergave van de scheiding [21](#page=21). ### 2.3 Indeling van chromatografische technieken Chromatografische technieken kunnen worden ingedeeld op basis van de mobiele fase (vloeistof- of gaschromatografie) of het scheidingsmechanisme (adsorptie-, partitie-, ionenuitwisselings-, exclusie- en affiniteitschromatografie) (#page=21, 22, 23) [21](#page=21) [22](#page=22) [23](#page=23). * **Vloeistofchromatografie:** Gebruikt een vloeistof als mobiele fase, geschikt voor stoffen met een hoog kookpunt of thermische instabiliteit [21](#page=21). * **Gaschromatografie:** Gebruikt een gas als mobiele fase, geschikt voor vluchtige stoffen [21](#page=21). * **Planaire chromatografie:** De stationaire fase is een vlakke laag, in tegenstelling tot kolomchromatografie [22](#page=22). * **Adsorptiechromatografie:** Scheiding gebaseerd op adsorptie van moleculen aan een vaste stationaire fase door intermoleculaire krachten. Voorbeelden van stationaire fasen zijn silicagel en aluminiumoxide [22](#page=22). * **Partitiechromatografie:** Scheiding gebaseerd op de verdeling van componenten tussen de mobiele en een vloeibare stationaire fase [22](#page=22). * **Ionenuitwisselingschromatografie:** Scheiding gebaseerd op de interactie met ioniseerbare groepen op de stationaire fase, essentieel voor het scheiden van ionen [23](#page=23). * **Exclusiechromatografie:** Scheiding gebaseerd op moleculaire grootte en/of vorm. 'Size exclusion' chromatografie is een bekend voorbeeld [23](#page=23). * **Affiniteitschromatografie:** Scheiding gebaseerd op de specifieke biologische affiniteit van een analyt voor een ligand [23](#page=23). ### 2.4 Papierchromatografie Papierchromatografie is een eenvoudige techniek waarbij filtreerpapier, met cellulosevezels die water vasthouden, als stationaire fase dient. Het eluens is een vloeistof die slecht mengbaar is met water, waardoor het een vloeistof-vloeistofchromatografie is. Scheiding vindt plaats door verdeling tussen het water in het papier en het eluens. Deze techniek wordt voornamelijk voor kwalitatieve analyse gebruikt en is grotendeels vervangen door dunnelaagchromatografie [23](#page=23) [24](#page=24). ### 2.5 Dunnelaagchromatografie (TLC) Dunnelaagchromatografie (TLC) is vergelijkbaar met papierchromatografie, maar gebruikt een dunne laag adsorberende stof (vaak silicagel) op een plaat als stationaire fase [24](#page=24). #### 2.5.1 Principe Na het aanbrengen van het monster (spotten) op de plaat, migreert de mobiele fase (solvent, eluens) door capillaire krachten over de plaat, wat leidt tot scheiding van de componenten. Componenten die sterker interageren met de stationaire fase, migreren langzamer. Na ontwikkeling wordt de plaat gedroogd en geëvalueerd. High-performance dunnelaagchromatografie (HPTLC) maakt gebruik van kleinere, uniformere deeltjes voor hogere efficiëntie en lagere detectielimieten (#page=24, 25) [24](#page=24) [25](#page=25). #### 2.5.2 Spotten - opbrengen van het staal Monsters en standaarden worden als spot of band op de plaat aangebracht, op dezelfde hoogte en zonder de dunne laag te beschadigen. Kleine spots/banden worden verkregen door een vluchtig oplosmiddel te gebruiken en eventueel tussen het aanbrengen van kleine volumes door te drogen. Spotten kan manueel (capillair, micropipet) voor kwalitatieve/semi-kwantitatieve analyses, of geautomatiseerd voor kwantitatieve bepalingen [25](#page=25). #### 2.5.3 Basiscomponenten van het chromatografisch systeem * **Stationaire fasen:** * **Adsorbentia (vaste stationaire fasen):** Silicagel (SiO₂) is een veelgebruikt polair adsorbens met zure eigenschappen door SiOH groepen. Het vochtgehalte beïnvloedt de activiteit; verwarming kan de activiteit verhogen. Silicagel wordt gecombineerd met een minder polaire mobiele fase (normale fase, NP-chromatografie) [26](#page=26). * **Chemisch gebonden stationaire fasen:** Apolariteit wordt verkregen door fenyl-, C8- of C18-koolwaterstoffen aan het silica te binden. Deze worden gecombineerd met een meer polaire mobiele fase (omgekeerde fase chromatografie) [26](#page=26). * **HPTLC:** Maakt gebruik van kleinere (< 5 µm) en uniformere deeltjes, resulterend in smallere banden, snellere analyses en lagere detectielimieten [27](#page=27). * **De mobiele fase:** De keuze van de mobiele fase is cruciaal en kan gemakkelijk worden aangepast. De mobiele fase moet de componenten transporteren, zelf vluchtig zijn voor detectie, en de componenten kunnen scheiden. Vaak wordt een mengsel van solventen gebruikt om de gewenste polariteit te bereiken [27](#page=27). * **De ontwikkelkamer:** Een afgesloten kamer waarin de mobiele fase wordt geplaatst, waardoor een verzadigde atmosfeer ontstaat die verdamping van het eluens vanaf de plaat voorkomt. De plaat wordt zo geplaatst dat de spots boven het solventniveau blijven [27](#page=27) [28](#page=28). #### 2.5.4 Detectie * **Kwalitatief:** Gekleurde componenten zijn zichtbaar met het blote oog. Kleurloze componenten kunnen zichtbaar worden gemaakt met UV-licht (voor UV-absorberende stoffen) of door chemische reacties (sproei- of dip-techniek). De identificatie gebeurt aan de hand van de Rf-waarde (retentiefactor), de verhouding van de afgelegde afstand van de component tot die van de loopvloeistof (liggend tussen 0 en 1) [28](#page=28). $$R_f = \frac{\text{afstand afgelegd door de component}}{\text{afstand afgelegd door de loopvloeistof}}$$ * **Kwantitatief:** Een reeks standaardoplossingen met bekende concentratie en een onbekend staal worden gebruikt. De vlekken worden gescand met een densitometer (densitogram). De oppervlakte onder de pieken wordt uitgezet tegen de concentratie van de standaarden om de concentratie van het onbekende af te leiden [29](#page=29) [30](#page=30). #### 2.5.5 Voor- en nadelen van dunnelaagchromatografie Voordelen zijn snelle analyses, gelijktijdige analyse van meerdere stalen en laag solventverbruik. Met HPTLC worden goede precisie, juistheid en gevoeligheid bereikt, hoewel lager dan bij HPLC. Het aantal te scheiden componenten per analyse is echter kleiner [31](#page=31). ### 2.6 Chromatografische begrippen Voor analytische doeleinden zijn gaschromatografie (GC) en hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) de meest toegepaste technieken [32](#page=32). #### 2.6.1 De verdelingscoëfficiënt De verdelingscoëfficiënt ($K_D$) beschrijft de verdeling van een opgeloste stof tussen de mobiele en stationaire fase. Het is de verhouding van de concentratie van de stof in de stationaire fase tot de concentratie in de mobiele fase [32](#page=32). $$K_D = \frac{C_s}{C_m}$$ Een groter verschil in $K_D$ tussen componenten leidt tot een groter verschil in migratiesnelheid en dus tot een betere scheiding [32](#page=32). #### 2.6.2 De retentietijd De retentietijd ($t_R$) is de tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen. Deze bestaat uit de dode tijd ($t_m$), de tijd die een stof doorbrengt in de mobiele fase, en de tijd die de stof doorbrengt in de stationaire fase ($t'_R$) [33](#page=33). $$t_R = t'_R + t_m$$ De dode tijd is de tijd die een niet-vastgehouden component nodig heeft om de kolom te passeren [33](#page=33). #### 2.6.3 Resolutie Resolutie is een kwantitatieve maat voor de scheiding van twee pieken, gebaseerd op het verschil in retentietijd en de piekbreedte (#page=33, 34) [33](#page=33) [34](#page=34). $$R_s = \frac{2(t_{R2} - t_{R1})}{w_1 + w_2}$$ waar $t_{R1}$ en $t_{R2}$ de retentietijden zijn, en $w_1$ en $w_2$ de piekbreedtes op de basislijn zijn. Resolutie wordt beïnvloed door de retentiefactor, selectiviteit en efficiëntie van de kolom [34](#page=34). #### 2.6.4 Retentiefactor (of capaciteitsfactor) De retentiefactor ($k$) geeft aan hoe sterk een analyt wordt weerhouden op de kolom. Het is de verhouding van het aantal moleculen in de stationaire fase tot het aantal moleculen in de mobiele fase [35](#page=35). $$k = \frac{n_s}{n_m}$$ Het kan ook berekend worden uit het chromatogram als de verhouding van de gecorrigeerde retentietijd tot de dode tijd [35](#page=35). $$k = \frac{t'_R}{t_m} = \frac{t_R - t_m}{t_m}$$ De retentiefactor is dimensieloos en onafhankelijk van kolomlengte en flowsnelheid, wat het een betere parameter maakt voor vergelijking tussen systemen. Ideale waarden liggen tussen 2 en 10 [35](#page=35). #### 2.6.5 Selectiviteit Selectiviteit ($\alpha$), of relatieve retentie, is de verhouding van de gecorrigeerde retentietijden van twee verbindingen en geeft de afstand tussen piekmaxima weer [35](#page=35). $$\alpha = \frac{t'_{R2}}{t'_{R1}} = \frac{K_{D2}}{K_{D1}}$$ Een hogere $\alpha$ (>1) betekent een betere scheiding van de pieken. Selectiviteit kan worden beïnvloed door de samenstelling van de mobiele en stationaire fase, en de temperatuur [35](#page=35) [36](#page=36). #### 2.6.6 Bandverbreding - piekverbreding Bandverbreding is het fenomeen dat de componenten de kolom verlaten als bredere banden, wat resulteert in bredere pieken in het chromatogram. Dit kan worden veroorzaakt door [36](#page=36): * **Eddy-diffusie:** Verschillende afstanden die deeltjes afleggen in de kolom [36](#page=36). * **Longitudinale diffusie:** Verplaatsing van moleculen van hoge naar lage concentratie ten gevolge van willekeurige beweging. Dit is vooral significant in gassen door de grotere moleculaire afstanden [37](#page=37). * **Massatransfer:** Het proces van overgang tussen mobiele en stationaire fase, dat tijd nodig heeft voor het instellen van het evenwicht. Een hogere stroomsnelheid van de mobiele fase kan leiden tot minder tijd voor evenwicht en bredere pieken [37](#page=37). De mate van bandverbreding bepaalt de chromatografische efficiëntie, uitgedrukt als het aantal theoretische platen (N) [37](#page=37). $$N = 16 \left( \frac{t_R}{w} \right)^2$$ waar $t_R$ de retentietijd en $w$ de piekbreedte op de basislijn is. De plaathoogte (HETP - Height Equivalent of a Theoretical Plate) is een betere maatstaf voor het scheidend vermogen, waarbij een lagere HETP duidt op een hogere efficiëntie [37](#page=37) [38](#page=38). $$HETP = \frac{L}{N}$$ waar $L$ de lengte van de kolom is [38](#page=38). ### 2.7 Gaschromatografie (GC) Gaschromatografie (GC) scheidt componenten die in dampvorm gebracht kunnen worden. De meest courante vorm is gas-vloeistofchromatografie (GLC), waarbij de stationaire fase een vloeibare film is op een drager, en de mobiele fase een inert gas [38](#page=38). #### 2.7.1 Principe Het monster wordt geïnjecteerd in dampvorm en meegenomen door de mobiele gasfase door een kolom in een oven. Componenten verplaatsen zich met verschillende snelheden afhankelijk van hun vluchtigheid en interactie met de stationaire fase. De scheiding is gebaseerd op zowel vluchtigheid als oplosbaarheid in de stationaire fase. Gescheiden componenten worden gedetecteerd en omgezet in een chromatogram. GC biedt voordelen zoals snelle analyses, hoge resolutie en gevoeligheid (tot 1 ppm met FID) [38](#page=38) [39](#page=39). #### 2.7.2 Onderdelen van de gaschromatograaf * **Draaggas:** Een inert, zuiver gas (bv. helium, stikstof) dat de mobiele fase vormt [39](#page=39). * **Injectiepoort:** Waar het monster in dampvorm wordt gebracht, zo smal mogelijk bandje [40](#page=40). * **Split/splitless injector:** Geschikt voor capillaire GC, kan in split of splitless mode werken. In split mode wordt een deel van het monster naar de kolom gestuurd, wat resulteert in een smal bandje. Splitless mode is voor monsters met lage concentraties, waarbij aanvankelijk een lage kolomtemperatuur wordt ingesteld voor reconcentratie [40](#page=40) [41](#page=41). * **PTV injector:** Programmed Temperature Vaporization injector, geschikt voor grotere volumes door snelle temperatuurwisselingen [41](#page=41). * **(Cool-)On-column injectie:** Monster wordt direct in de kolom geïnjecteerd bij lagere temperaturen [41](#page=41). * **Head space analyse:** Analyse van vluchtige stoffen in vaste of vloeibare monsters door de gasfase boven het monster te analyseren [42](#page=42). * **Kolom:** Kan een gepakte kolom (gevuld met stationaire fase) of een capillaire kolom (stationaire fase op de wand) zijn. Capillaire kolommen hebben een hoger scheidend vermogen maar lagere staalcapaciteit. De polariteit van de stationaire fase is belangrijk; polaire componenten scheiden best op een polaire fase, apolaire componenten op een apolaire fase [43](#page=43). * **Kolomoven:** Regelt de temperatuur van de kolom, kan isothermisch of met temperatuurprogrammering zijn. Temperatuurprogrammering versnelt de analyse van componenten met grote verschillen in kookpunt [45](#page=45). * **Detector:** Meet de gassamenstelling bij de uitlaat van de kolom. Veelgebruikte detectoren zijn FID (vlamionisatiedetector, gevoelig voor organische verbindingen) TCD (thermische geleidbaarheidsdetector, universeel) en ECD (elektron capture detector, gevoelig voor elektronegatieve groepen) [46](#page=46) [47](#page=47). #### 2.7.3 Kwantitatieve analyses * **Identificatie:** Gebaseerd op retentietijd door vergelijking met standaarden [47](#page=47). * **Kwantificatie:** Piekhoogte en piekoppervlakte zijn evenredig met de concentratie [48](#page=48). * **Externe standaard methode:** Vergelijking van piekoppervlakten/hoogten van standaarden en het onbekende monster [48](#page=48). * **Interne standaard methode:** Een interne standaard wordt toegevoegd aan alle monsters en standaarden om toestel- en procedurefouten te elimineren door de verhouding van piekoppervlakten te gebruiken [49](#page=49). ### 2.8 Vloeistofchromatografie Vloeistofchromatografie (LC) scheidt ionen of moleculen opgelost in een vloeistof. Indeling vindt plaats op basis van de stationaire fase: liquid-solid chromatography (LSC, bv. adsorptiechromatografie zoals TLC) en liquid-liquid chromatography (LLC, bv. partitiechromatografie zoals papierchromatografie). Ionenchromatografie (IC) scheidt ionen op basis van hun lading [50](#page=50). #### Hogedrukvloeistofchromatografie (HPLC) HPLC perst de mobiele fase onder hoge druk (tot 200 bar) door een gepakte kolom, wat resulteert in een snelle scheiding en een zeer goede resolutie [50](#page=50). #### 2.9 HPLC (High Performance Liquid Chromatography) De HPLC-instrumentatie omvat vloeistofreservoirs, een ontgasser, een hogedrukpomp, een injector, de kolom en een detector. Alle onderdelen die in contact komen met de mobiele fase zijn gemaakt van corrosiebestendig materiaal zoals roestvrij staal of PEEK. Het minimaliseren van 'dood volume' is cruciaal voor efficiëntie [51](#page=51). * **Mobiele fase:** Speelt een belangrijke rol in het scheidingsproces en beïnvloedt de selectiviteit. De keuze is afhankelijk van de stationaire fase en de aard van de componenten. Gradiëntelutie (verandering van de samenstelling van de mobiele fase tijdens de analyse) wordt vaak gebruikt om alle componenten te elueren. De 'solventsterkte' geeft aan hoe goed een solvent de interactie kan verbreken en een analyt kan elueren [51](#page=51) [52](#page=52). * **Stationaire fase:** Meestal gebaseerd op silicadeeltjes met gebonden functionele groepen [52](#page=52). * **Normale fase (NP-HPLC):** Polaire stationaire fase en apolaire mobiele fase; gebruikt voor sterk hydrofobe componenten [52](#page=52). * **Omgekeerde fase (RP-HPLC):** Veruit de meest courante vorm. Apolaire stationaire fase (bv. silica met C8 of C18 ketens) en een polaire mobiele fase (bv. water met een modifier) (#page=52, 53) [52](#page=52) [53](#page=53). * **Injectiesysteem:** Gebruikt een injectieklep met een lus van bekend volume om het monster nauwkeurig op de kolom te brengen [53](#page=53). * **Kolom:** Meestal van roestvrij staal, met chemisch gebonden apolaire fasen (Si-R met R=C2, C8, of C18) voor reversed phase chromatografie, of met polaire stationaire fasen voor normal phase chromatografie (#page=53, 54) [53](#page=53) [54](#page=54). * **Leidingen (tubings) en fittings:** Kleine inwendige diameter (0.25 mm) om het extra-kolom volume te minimaliseren. Materialen zijn inert staal of PEEK, met elk hun voor- en nadelen qua reactiviteit en drukbestendigheid [54](#page=54). * **Pompen:** Meestal dubbele pistonpompen voor een gelijkmatige flow. Kunnen de samenstelling van de mobiele fase mengen (gradiënt elutie) [55](#page=55). * **Detectoren voor HPLC:** Meten continu een eigenschap van de vloeistof [56](#page=56). * **UV absorptie:** Detecteert verbindingen die UV-licht absorberen (180-350 nm) [56](#page=56). * **Fluorescentie:** Detecteert fluorescerende moleculen, zeer specifiek en gevoelig [56](#page=56). * **Conductometrie:** Meet de geleidbaarheid van de mobiele fase, nuttig bij ionuitwisselingschromatografie [56](#page=56). * **Massa spectrometrie (MS):** Scheidt en bepaalt ionen op basis van hun massa-ladingverhouding, gekoppeld aan HPLC voor uitgebreide analyse [56](#page=56). #### 2.9.8 Praktische elementen bij HPLC Gebruik zuivere, gefilterde en ontgaste solventen. Een guard kolom beschermt de analytische kolom. Vermijd extreme pH en puur water voor reversed phase kolommen. Silica kolommen vermijden hoge waterconcentraties en alkalische pH [57](#page=57). ### 2.10 Ionenuitwisselingschromatografie (IEC) IEC scheidt ionen door middel van een stationaire fase, een ionenwisselaar, die ioniseerbare groepen bevat. De stationaire fase kan een kation- of anionuitwisselaar zijn [57](#page=57) [58](#page=58). #### 2.10.1 Selectiviteit van ionenwisselaars De selectiviteitscoëfficiënt ($K_{A/B}$) beschrijft de affiniteit van een hars voor een bepaald ion ten opzichte van een ander. Factoren die de verdeling bepalen zijn de aard van de uitgewisselde ionen (lading, gehydrateerde grootte) en de concentratie van de ionen (#page=60, 61). Sterk zure kationuitwisselaars met sulfonzuurgroepen zijn stabiel over een breed pH-gebied. Zwak zure kationuitwisselaars (met COOH-groepen) zijn pH-afhankelijk. Anionenwisselaars zijn pH-gevoeliger. Harsen met meer kruisverbindingen zijn selectiever voor ionen met verschillende groottes door een dichtere poriestructuur [60](#page=60) [61](#page=61) [62](#page=62). #### 2.10.2 Capaciteit van de ionenwisselaar De totale capaciteit hangt af van het aantal ionactieve groepen per gewichtseenheid, uitgedrukt in millimol of milliequivalenten per gram. De effectieve capaciteit kan drastisch verminderd zijn voor ionen met grote afmetingen in harsen met veel kruisverbindingen [63](#page=63). #### 2.10.3 Mobiele fase De mobiele fase is meestal een waterige buffer. De pH en ionische sterkte bepalen de retentietijd. Bij gradiëntelutie worden de pH of ionische sterkte gewijzigd om de elutie te optimaliseren [63](#page=63). #### 2.10.4 Detector Meestal wordt de geleidbaarheid van de mobiele fase na elutie gemeten. Een ion-onderdrukkingskolom wordt vaak tussen de analytische kolom en de detector geplaatst om de mobiele fase-ionen te verwijderen en de achtergrondgeleidbaarheid te verminderen [64](#page=64). --- # Massaspectrometrie Massaspectrometrie is een analytische techniek die moleculen ioniseert, segregeert op basis van hun massa-tot-ladingverhouding en detecteert om hun identificatie en structuur te bepalen. ## 3. Massaspectrometrie Bij massaspectrometrie (MS) worden te analyseren moleculen geïoniseerd en gefragmenteerd. De gevormde ionen worden vervolgens gescheiden op basis van hun massa-tot-lading (m/z) verhouding. Na detectie levert dit een massaspectrum op, dat gebruikt kan worden voor de identificatie van de component en het achterhalen van zijn structuur [65](#page=65). ### 3.1 Principe van massaspectrometrie De ionisatie van moleculen (M) leidt tot de vorming van ionen (M$^+$). Meestal worden positieve ionen gevormd door het verwijderen van één elektron uit het molecuul [65](#page=65): $$M \quad \longrightarrow \quad M^{\cdot+} + e^-$$ [65](#page=65). Het ion M$^+$ wordt het moleculaire ion genoemd. De massa (m) en lading (z) van dit ion zijn belangrijk voor MS. De massaspectrometer meet de verhouding van massa tot lading (m/z). Als de lading $z=1$ is, dan is de m/z verhouding gelijk aan de massa van het ion. De massa van het ion is gerelateerd aan de massa van het oorspronkelijke molecuul [65](#page=65). De gevormde ionen zijn vaak instabiel en zullen deels dissociëren, wat in MS fragmentatie wordt genoemd. Het resultaat is een verzameling ionen. De relatieve hoeveelheid van elk ion wordt weergegeven in een massaspectrum, dat karakteristiek is voor een component [65](#page=65). **Voorbeeld van een massaspectrum:** Het massaspectrum van methanol is weergegeven in figuur 6.1. De belangrijkste ionen zijn [65](#page=65): * m/z 32: CH$_3$OH$^{\cdot+}$ (moleculair ion, 70%) [66](#page=66). * m/z 31: CH$_2$OH$^+$ (basispiek, 100%) [66](#page=66). * m/z 29: CHO$^+$ (60%) [66](#page=66). * m/z 15: CH$_3^+$ (20%) [66](#page=66). De piek met de hoogste massa (hier 32) kan afkomstig zijn van het moleculaire ion. De belangrijkste (grootste) piek, hier m/z 31, wordt de basispiek genoemd. Het is gebruikelijk om massaspectra te tekenen als staafdiagrammen met de basispiek op 100% [66](#page=66). ### 3.2 De massaspectrometer Een massaspectrometer bestaat uit verschillende componenten: een inlaatsysteem, een ionisatiebron, een massa-analysator en een detector [66](#page=66). * **Inlaatsysteem:** Hier wordt het monster via verdamping de massaspectrometer ingebracht [66](#page=66). * **Ionisatiebron:** Zet de moleculen om in ionen [66](#page=66). * **Massa-analysator:** Scheidt de ionen op basis van hun m/z verhouding [66](#page=66). * **Detector:** Registreert de ionen en de verkregen informatie [66](#page=66). Het gehele apparaat werkt onder vacuüm [66](#page=66). #### 3.2.1 Elektronenimpact (EI) ionisatie Bij de elektronenimpact (EI) ionisatiebron worden monster moleculen gebombardeerd met elektronen van hoge energie (meestal 70 eV). Deze elektronen worden gevormd door een verwarmde metaaldraad (filament). De elektronenbundel staat dwars op de monsterinlaat. Bij botsing met monstermoleculen dragen de elektronen kinetische energie over, wat leidt tot excitatie, fragmentatie en ionisatie [66](#page=66) [67](#page=67). De gevormde positieve ionen worden versneld in een elektrisch veld en komen in de massa-analysator. Hier worden ze afgebogen door een magnetisch veld, afhankelijk van hun m/z verhouding, snelheid en de sterkte van het magnetisch veld. Door variatie van het elektrische of magnetische veld, kunnen ionen met verschillende m/z verhoudingen de exit slit bereiken [67](#page=67). Na de exit slit worden de ionen gedetecteerd als een elektrische stroom, bijvoorbeeld door een elektronenmultiplier. De kromming van de ionenbaan kan worden gewijzigd door het magnetisch veld te veranderen of de snelheid van de ionen te beïnvloeden [67](#page=67). #### 3.2.2 Ionisatiesystemen Naast Elektronenimpact (EI) zijn er diverse andere ionisatiemethoden, waaronder chemische ionisatie, veld ionisatie en MALDI [67](#page=67). ##### Elektron Impact (EI) EI is de meest gebruikte ionisatiemethode in combinatie met GC-MS omdat het zowel moleculaire ionen als fragmentionen genereert. Echter, EI kan problemen opleveren, zoals spectra van isomeren die moeilijk te onderscheiden zijn, of te sterke fragmentatie die leidt tot weinig diagnostische ionen. In dergelijke gevallen zijn zachtere ionisatiemethoden zoals chemische ionisatie of MALDI geschikter [68](#page=68). ##### Chemische ionisatie (CI) CI is een zachtere ionisatiemethode die minder fragmentatie veroorzaakt, waardoor voornamelijk (pseudo-)moleculaire ionen worden gevormd. De ionisatie van de analyten verloopt via een serie stappen. Een reactiegas (bv. methaan, isobutaan, ammoniak) wordt in de bron geïntroduceerd en initieel geïoniseerd door EI. Deze primaire ionen reageren verder met reactiegasmoleculen tot secundaire ionen. Analyten reageren met deze secundaire ionen door protonoverdracht, elektrontrekking of associatiereacties [68](#page=68). ##### Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) APCI is een zachte en robuuste ionisatietechniek voor analyten van lage tot gemiddelde polariteit. De analyten moeten vluchtig en thermisch stabiel zijn. Het principe is vergelijkbaar met CI, maar de ionisatie vindt plaats onder atmosferische druk, wat leidt tot een hogere ionisatie-efficiëntie (tot 10000 maal groter dan in EI). Slechts een klein deel van de gevormde ionen bereikt echter de MS [68](#page=68). Bij APCI wordt het loopmiddel met de analyten verneveld met gas (meestal stikstof) en komt in een hete buis, waardoor de vloeistof verdampt en de analyten in gasfase komen. Een hoge spanning op een naald veroorzaakt een corona-ontlading, wat leidt tot reacties met het vernevelingsgas en solventmoleculen, die de analyten ioniseren [68](#page=68). ##### Electrospray Ionisation (ESI) ESI is een zeer zachte ionisatietechniek die bij atmosferische druk plaatsvindt en geschikt is voor polaire verbindingen, van lage tot zeer hoge moleculaire massa (bv. proteïnes). Ionen worden gevormd in de vloeistoffase en omgezet naar gasfase ionen [69](#page=69). De analyten komen opgelost de bron binnen via een metalen naald met hoge spanning (3-4 kV). Met een gasstroom wordt een aërosol van sterk geladen deeltjes gevormd. Verdamping verkleint de druppels, waardoor de ladingsdichtheid toeneemt. Op de Rayleigh limiet wordt de elektrostatische afstoting groter dan de oppervlaktespanning, waardoor de druppel uiteenspat. Dit proces kan zich herhalen, en uiteindelijk worden uit deze geladen druppeltjes gasfase ionen uitgestoten die gemeten kunnen worden [69](#page=69). ESI leidt tot weinig fragmentatie en maakt meervoudige lading van grote moleculen mogelijk (vanaf circa 1200 Dalton, met een lading van ongeveer 1 per 1000 Da). Dit maakt de meting van macromoleculen met massaspectrometrie mogelijk [69](#page=69). #### 3.2.3 Massa analyse De massa-analysator is een essentieel onderdeel van de massaspectrometer. Er zijn verschillende typen, waaronder de kwadrupool-, magnetische, ionenvangst (ion trap) en TOF (time of flight) analysators. De magnetische analysator is reeds besproken [70](#page=70). ##### Kwadrupool massa-analysator Een kwadrupool analysator bestaat uit twee paren parallelle staven. Tegenover elkaar liggende staven zijn elektrisch verbonden en er wordt een variabele spanning aangelegd. Onder invloed van deze spanning leggen de ionen een oscillerende baan af tussen de staven. Bij een specifieke spanning bereiken slechts ionen met een bepaalde massa het einde van de baan; alle andere ionen worden gevangen door de staven. Door de spanning continu te variëren (massa scanning), passeren ionen van verschillende massa na elkaar de staven en bereiken de detector. Dit type wordt daarom een quadrupool massa filter genoemd [70](#page=70). ##### Ionenvangst analysator De ionenvangst analysator (ion trap analyzer) is een compacte massafilter die sterk lijkt op een kwadrupool. Ionen worden in een geëvacueerde holte opgeslagen door geschikte elektrische velden aan te leggen. Vervolgens kunnen de ionen selectief worden uitgestoten op basis van hun moleculaire massa [70](#page=70). ##### Time of Flight (TOF) analysator Bij een TOF analysator worden ionen onder invloed van een elektrisch veld naar de analysator geleid. De grootte van het elektrische veld bepaalt de kinetische energie van de ionen. Ionen met dezelfde lading hebben dezelfde kinetische energie. De snelheid van deze ionen is afhankelijk van hun massa volgens $E_k = mv^2/2$; lichtere deeltjes bewegen sneller dan zwaardere. Dit resulteert in een verschil in tijd om de detector te bereiken. De tijd die ionen nodig hebben om de detector te bereiken is gecorreleerd met hun m/z verhouding. Wanneer de TOF-detector wordt gecombineerd met MALDI, waarbij voornamelijk éénwaardige ionen worden gevormd, kan de massa van de deeltjes direct uit het massaspectrum worden afgelezen. Deze analysator wordt voornamelijk toegepast voor de detectie van biopolymeren zoals proteïnen en bacteriën [71](#page=71). #### Het scheidend vermogen of resolutie De resolutie (R) van een massaspectrometer is het vermogen om twee ionen met een verschillende m/z waarde te scheiden. Het wordt gedefinieerd als $R = m/\Delta m$, waarbij $m$ de gemeten massa is en $\Delta m$ het verschil in massa dat meetbaar is [71](#page=71). Resolutie is van groot belang in MS [71](#page=71). **Voorbeeld:** Twee stoffen hebben een massa van 32. De accurate massa van de ene is 32.0263 ± 0.0001, terwijl de andere 31.9898 ± 0.0001 is. De ene stof is CH$_3$OH, de andere O$_2$ [71](#page=71). Wanneer de m/z op 4 of 5 decimalen wordt gemeten, spreekt men van hoge resolutie massaspectrometrie (HRMS). Wanneer de massa slechts tot op het laatste gehele getal wordt bepaald, spreekt men van lage resolutie MS (LRMS). Een kwadrupool-massafilter heeft een lage resolutie, terwijl met een magnetische sector analysator een zeer hoge resolutie kan worden bereikt [71](#page=71). --- # Elektroforetische technieken Elektroforese is een scheidingsmethode gebaseerd op de beweging van ionen in een elektrisch veld, resulterend in een elektroferogram [72](#page=72). ### 4.1 Inleiding tot elektroforese Elektroforese maakt gebruik van de beweging van geladen deeltjes in een elektrisch veld om scheiding te bewerkstelligen. Anionen (negatief geladen ionen) migreren naar de anode (positieve pool), terwijl kationen (positief geladen ionen) naar de kathode (negatieve pool) bewegen met een constante migratiesnelheid [72](#page=72). #### 4.1.1 Elektroforetische mobiliteit De snelheid waarmee een ion in een elektrisch veld beweegt, wordt gedefinieerd door de elektroforetische mobiliteit ($\mu_{EF}$) [73](#page=73): $v = \mu_{EF} E$ [73](#page=73). De elektroforetische mobiliteit wordt verder bepaald door: $\mu_{EF} = \frac{q}{6\pi\eta r}$ [73](#page=73). Waarbij: * $q$: lading van het ion [73](#page=73). * $E$: veldsterkte (V/cm) [73](#page=73). * $\eta$: viscositeit van het milieu [73](#page=73). * $r$: straal van het deeltje [73](#page=73). * $v$: snelheid [73](#page=73). Uit deze vergelijking volgt dat de mobiliteit afhankelijk is van de ion-kenmerken (lading $q$ en straal $r$) en de eigenschappen van het milieu (viscositeit $\eta$) [73](#page=73). De scheiding verbetert met: * Toename van de analyseduur [73](#page=73). * Hogere gebruikte veldsterkte ($E_{veld}$) [73](#page=73). * Groter verschil in de verhouding $q/r$ tussen de ionen [73](#page=73). #### 4.1.2 Invloed van pH op amfolieten De pH heeft een significante invloed op de migratiesnelheid van amfolieten, zoals aminozuren, peptiden en proteïnen. Aminozuren bezitten zowel zure (-COOH, $pK_1 \approx 2.0-2.5$) als basische (-NH$_2$, geconjugeerd zuur $pK \approx 9-9.5$) functionele groepen [73](#page=73). * Bij lage pH (lager dan $pK_1$) zal de carboxylgroep protoneren (-COOH) en de aminogroep protoneren (-NH$_3^+$), wat resulteert in een netto positieve lading (zure vorm). De amfoliet migreert dan naar de kathode [73](#page=73) [74](#page=74). * Bij hoge pH (hoger dan $pK$ van de aminogroep) zal de carboxylgroep gedeprotoneerd zijn (-COO$^-$) en de aminogroep gedeprotoneerd zijn (-NH$_2$), wat resulteert in een netto negatieve lading (basische vorm). De amfoliet migreert dan naar de anode [74](#page=74). * Bij het iso-elektrisch punt ($pI$), de pH waarbij de netto lading van het molecuul nul is (zwitterion vorm), is de mobiliteit nagenoeg nul. Dit punt kan berekend worden als het gemiddelde van de $pK$ waarden van de ioniseerbare groepen [73](#page=73): $pI = \frac{pK_1 + pK_2}{2}$ [73](#page=73). Experimenteel wordt het iso-elektrisch punt gedefinieerd als de pH waarbij het proteïne niet migreert in een elektrisch veld [74](#page=74). De mobiliteit wordt ook beïnvloed door de lading ($q$) en de afmetingen (straal $r$) van het ion; een hogere lading en kleinere afmetingen leiden tot sterkere aantrekking tot de tegengestelde elektrode [74](#page=74). Klassieke elektroforese met poreuze gels is tijdrovend, inefficiënt en moeilijk te automatiseren. Capillaire elektroforese biedt daarentegen snelle en efficiënte scheidingen [74](#page=74). ### 4.2 Capillaire elektroforetische technieken Capillaire elektroforese (CE) wordt uitgevoerd in capillairen met interne diameters variërend van 25 tot 100 µm, typisch gemaakt van kwarts (fused silica). Ze kunnen naakt, gecoat of gevuld met gel worden gebruikt. Er worden hoge veldsterktes toegepast, tot wel 30 kV [74](#page=74). Een standaard CE-opstelling omvat een capillair waarvan de uiteinden in twee buffertankjes met elektroden geplaatst zijn. De elektroden zijn aangesloten op een spanningsbron. Aan het einde van het capillair bevindt zich een detector voor on-line detectie [74](#page=74). In tegenstelling tot veel biochemische toepassingen, wordt CE ook veelvuldig gebruikt in de farmaceutische analyse als alternatief voor omgekeerde fase (RP) scheidingen, mede dankzij de mogelijkheid van on-line detectie met bijvoorbeeld een UV-detector. Het resulterende signaal wordt een elektroferogram genoemd, vergelijkbaar met een chromatogram [75](#page=75). **Voordelen van Capillaire Elektroforese:** * Potentieel voor zeer hoge scheidingsefficiëntie (tot 30 miljoen platen per meter) [75](#page=75). * Snelle analysetijden (5 tot 30 minuten) [75](#page=75). * Vereist minder dure en toxische solventen dan HPLC; voornamelijk waterige buffers worden gebruikt [75](#page=75). * Zeer kleine monstervolumes (nanoliters) zijn nodig, wat een voordeel is voor monstervoorziening, maar een nadeel voor de gevoeligheid in concentratietermen [75](#page=75). #### 4.2.1 Capillaire zone-elektroforese (CZE) CZE is de zuivere vorm van elektroforese waarbij naast het elektroforetische effect (EF) ook het elektro-osmotische effect (EOF) de mobiliteit bepaalt [75](#page=75). Het EOF ontstaat door de structuur van de capillairwand (SiO$_2$). Silanolgroepen aan het oppervlak ioniseren boven pH 3, wat de wand een negatieve lading geeft. Positieve ionen uit de buffer vormen een dubbellaag: een niet-mobiele laag van niet-gehydrateerde kationen en een mobiele laag van gehydrateerde kationen. Bij het aanleggen van een hoge spanning bewegen de vrije kationen naar de kathode, waarbij de bulkoplossing wordt meegesleept. Dit verklaart de beweging van neutrale componenten en de potentiaal die geassocieerd wordt met dit effect wordt de stromingspotentiaal genoemd [76](#page=76). > **Tip:** De grootte van de EOF wordt beïnvloed door bufferconcentratie, viscositeit en pH [76](#page=76). Een belangrijk voordeel van de EOF is dat alle deeltjes, ongeacht hun lading, in één richting bewegen. In de gebruikelijke situatie (negatief geladen capillairwand) beweegt de EOF naar de kathode [76](#page=76). * **Kationen:** Migreren het snelst omdat de elektroforetische flow en de EOF in dezelfde richting wijzen [76](#page=76). * **Neutrale deeltjes:** Bewegen met de snelheid van de EOF en kunnen onderling niet gescheiden worden [76](#page=76). * **Anionen:** Bereiken de detector als laatsten; ze worden door de elektroforetische flow naar de anode getrokken, maar de EOF voert ze mee naar de kathode (de EOF is groter dan de EF) [76](#page=76). [ ] [77](#page=77). De volgorde van elutie bij CZE is doorgaans: kationen, neutrale deeltjes, anionen. Deze methode kan organische verbindingen, anorganische ionen en peptiden scheiden [77](#page=77). #### 4.2.2 Micellaire elektrokinetische capillaire chromatografie (MEKC) MEKC combineert capillaire elektroforese met de vorming van micellen. Micellen zijn sferische aggregaten van tensioactieve stoffen (bv. Na-dodecylsulfaat) met een geladen buitenkant en een hydrofoob interieur. Hun beweging is het resultaat van de som van elektroforetische en elektro-osmotische effecten [77](#page=77). Neutrale moleculen kunnen interageren met het hydrofobe deel van de micellen. De verdeling van deze moleculen tussen de micel en de omringende vloeistof, bepaald door de interactiesterkte, leidt tot scheiding. De micellen fungeren als een stationaire fase, waarbij de interactiesterkte de elutievolgorde bepaalt, met als belangrijk verschil dat de micellen zelf bewegen [77](#page=77). > **Example:** Scheiding van opgeloste stoffen via MEKC: stoffen verdelen zich tussen de micel en de oplossing. Niet elke stof interacteert even sterk met de micellen, wat resulteert in een scheiding [78](#page=78). #### 4.2.3 Capillaire elektrochromatografie (CEC) CEC is een hybride techniek tussen HPLC en CE. Een RP-stationaire fase wordt gepakt in een fused silica capillair (50-200 µm interne diameter) met kleine deeltjes (1-5 µm). Het elektrische veld drijft de mobiele fase door de stationaire fase, waardoor een hoge druk pomp niet nodig is [78](#page=78). #### 4.2.4 Capillaire gel-elektroforese Deze techniek wordt uitgevoerd in met gel gevulde capillairen en is typisch voor de scheiding van DNA-fragmenten (van minder dan 100 tot meer dan 2000 baseparen). De scheiding is gebaseerd op de grootte van de ionen, vergelijkbaar met klassieke gelelektroforese, waarbij de gel fungeert als moleculaire zeef. Het kan gebruikt worden voor het scheiden van ionische componenten met verschillende grootte maar vergelijkbare lading (of lading/grootte verhouding), zoals DNA-fragmenten en SDS-proteïnen. Het is een geminiaturiseerde vorm van klassieke gelelektroforese [78](#page=78). #### 4.2.5 Capillaire isoelektrische focussering (IEF) Capillaire IEF wordt gebruikt om peptiden en proteïnen te scheiden op basis van hun iso-elektrisch punt ($pI$). Zie ook klinische chemie [78](#page=78). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Analyten | Componenten in een monster die onderzocht worden tijdens een chemische analyse. Ze zijn het specifieke doelwit van de analyse. | | Kwalitatieve analyse | Bepaalt welke componenten (elementen of moleculen) aanwezig zijn in een materiaal, zonder hun exacte hoeveelheid vast te stellen. | | Kwantitatieve analyse | Bepaalt de exacte concentratie of hoeveelheid van de aanwezige componenten in een materiaal. | | Klassieke analytische methoden | Traditionele chemische analysetechnieken die vaak gebruik maken van neerslagvorming, extractie, titratie of gravimetrie, ook wel 'natte chemie' genoemd. | | Instrumentele analytische methoden | Analysetechnieken die gebruik maken van gespecialiseerde instrumenten om fysische eigenschappen van componenten te meten, zoals absorptie van licht of massa/ladingverhouding. | | Bemonstering | Het proces van het afzonderen van een representatieve fractie van het te onderzoeken materiaal om een betrouwbare analyse te garanderen. | | Voorbereiding van staal | Omvat stappen zoals homogeniseren van het monster en het verwijderen van interfererende materialen voorafgaand aan de analyse. | | Opzuiveringen (separaties) | Processen waarbij het te meten bestanddeel wordt gescheiden van andere stoffen die de meting kunnen beïnvloeden. | | Juistheid (Bias) | De mate van overeenstemming tussen het gemiddelde van de metingen en de werkelijke waarde van de te bepalen component. Een systematische fout veroorzaakt bias. | | Precisie | De mate van spreiding in meetresultaten verkregen door herhaalde metingen onder gelijke omstandigheden. Het beschrijft de reproduceerbaarheid van de metingen. | | Herhaalbaarheid | Precisie gemeten onder strikt identieke omstandigheden, zoals door dezelfde analist met dezelfde apparatuur binnen een korte tijd. | | Reproduceerbaarheid | Precisie gemeten onder variabele condities, zoals op verschillende dagen, met verschillende reagentia of door verschillende laboratoria. | | Standaarddeviatie (SD) | Een statistische maat die de spreiding van individuele meetwaarden rond het gemiddelde aangeeft. Een lagere SD duidt op hogere precisie. | | Relatieve standaarddeviatie (RSD) | De standaarddeviatie uitgedrukt als een percentage van het gemiddelde. Dit geeft een betere indicatie van de precisie in verhouding tot de gemeten waarde. | | Gevoeligheid | De mate waarin een methode in staat is om kleine veranderingen in de concentratie van een analyt betrouwbaar te meten. Het is gerelateerd aan de helling van de ijklijn. | | Detectielimiet (LOD) | De kleinst mogelijke concentratie van een analyt die met een bepaalde methode nog betrouwbaar kan worden aangetoond, onderscheiden van de achtergrondruis. | | Kwantificatielimiet (LOQ) | De laagste concentratie van een analyt waarbij de concentratie op een betrouwbare en kwantitatieve manier kan worden bepaald. | | Selectiviteit (Specificiteit) | De mate waarin een methode een specifiek analyt kan bepalen zonder interferentie van andere vergelijkbare componenten in het monster. | | Robuustheid | De ongevoeligheid van een methode voor kleine, onbedoelde variaties in de analyseomstandigheden, zoals temperatuur of pH. | | Kalibratiemethode | Een procedure om het verband tussen het analytische signaal en de concentratie van een analyt vast te stellen, meestal met behulp van standaarden. | | Externe standaardmethode | Een kalibratiemethode waarbij standaarden met bekende concentraties afzonderlijk worden gemeten om een ijklijn op te stellen, waarna de concentratie van onbekende monsters wordt bepaald. | | Standaardadditiemethode | Een kalibratiemethode waarbij bekende hoeveelheden analyt worden toegevoegd aan het monster zelf om matrix-effecten te compenseren en de concentratie te bepalen. | | Interne standaardmethode | Een kalibratiemethode waarbij een stof met vergelijkbare chemische eigenschappen als het analyt wordt toegevoegd aan zowel standaarden als monsters om variaties in de analyse te corrigeren. | | Molaire concentratie (c) | De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als het aantal mol per liter oplossing ($n/V$). | | Massaconcentratie (mc) | De hoeveelheid opgeloste stof uitgedrukt als het aantal gram per liter oplossing ($m/V$). | | Fractionele concentraties | Geeft de fractie van de opgeloste stof in het gehele mengsel weer, uitgedrukt in percentages (%), promille (‰), parts per million (ppm) of parts per billion (ppb). | | Chromatografie | Een verzameling scheidingstechnieken gebaseerd op de verdeling van componenten tussen een stationaire en een mobiele fase. | | Mobiele fase | De fase (vloeistof of gas) die door het chromatografische systeem stroomt en de componenten van het monster meevoert. | | Stationaire fase | De vaste of vloeibare fase die niet beweegt en waarlangs de mobiele fase stroomt, waar interacties plaatsvinden die tot scheiding leiden. | | Elutie | Het proces waarbij componenten van de stationaire fase worden gewassen door de mobiele fase. | | Retentietijd (tr) | De tijd die een component nodig heeft om de kolom te doorlopen en te elueren, gemeten vanaf het moment van injectie. | | Chromatogram | Een grafische weergave van de scheiding, die het detectorsignaal uitzet tegen de tijd, waarbij pieken de gescheiden componenten representeren. | | Dunnelaagchromatografie (TLC) | Een chromatografische techniek waarbij een dunne laag van een adsorberende stof op een plaat wordt gebruikt als stationaire fase. | | Gaschromatografie (GC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een gas is en de stationaire fase een vloeistof of vaste stof, gebruikt voor vluchtige verbindingen. | | Vloeistofchromatografie (LC) | Een chromatografische techniek waarbij de mobiele fase een vloeistof is, gebruikt voor minder vluchtige of thermisch instabiele verbindingen. | | HPLC (High Performance Liquid Chromatography) | Een geavanceerde vorm van vloeistofchromatografie die hoge druk gebruikt voor snelle en efficiënte scheidingen. | | Verdelingscoëfficiënt (KD) | Een evenwichtsconstante die de verdeling van een stof tussen de stationaire en mobiele fase beschrijft. | | Resolutie | Een maat voor de kwaliteit van de scheiding tussen twee pieken in een chromatogram, gebaseerd op piekbreedte en verschil in retentietijd. | | Retentiefactor (k) | Een dimensieloze parameter die de retentie van een analyt op de kolom aangeeft, onafhankelijk van de kolomlengte en flow rate. | | Selectiviteit (α) | Een maat voor het verschil in retentie tussen twee componenten, gedefinieerd als de verhouding van hun gecorrigeerde retentietijden. | | Bandverbreding (piekverbreding) | Het fenomeen waarbij de pieken in een chromatogram breder worden tijdens het doorlopen van de kolom, wat de scheidingskwaliteit vermindert. | | Theoretische platen (N) | Een maat voor de efficiëntie van een chromatografische kolom, gerelateerd aan de retentietijd en piekbreedte. Hoe hoger N, hoe efficiënter de kolom. | | Plaathoogte (HETP) | De hoogte van een theoretische plaat, een indicator van de scheidende capaciteit van een kolom; een lagere HETP duidt op een betere kolom. | | Massaspectrometrie (MS) | Een analytische techniek die moleculen ioniseert, scheidt op basis van hun massa-ladingverhouding (m/z) en detecteert, om massa-spectra te genereren. | | Moleculair ion (M.+) | Het ion dat ontstaat wanneer een molecule een elektron verliest of wint, en de oorspronkelijke molecuulmassa behoudt. | | Basispiek | De piek met de hoogste relatieve intensiteit in een massaspectrum, die vaak wordt genormaliseerd tot 100%. | | Fragmentatie | Het proces waarbij geïoniseerde moleculen dissociëren in kleinere, geladen fragmenten, wat kenmerkend is voor een molecuul. | | Elektron Impact (EI) | Een ionisatiemethode waarbij moleculen worden gebombardeerd met hoogenergetische elektronen, wat leidt tot ionisatie en fragmentatie. | | Chemische ionisatie (CI) | Een 'zachtere' ionisatiemethode dan EI, waarbij analyten reageren met secundaire ionen van een reactiegas, wat minder fragmentatie oplevert. | | Atmospheric Pressure Chemical Ionisation (APCI) | Een ionisatietechniek die bij atmosferische druk werkt en vergelijkbaar is met CI, maar hogere ionisatie-efficiëntie biedt voor vluchtige analyten. | | Electrospray Ionisation (ESI) | Een zeer zachte ionisatietechniek bij atmosferische druk, geschikt voor polaire moleculen en biomoleculen, waarbij ionen in de vloeibare fase worden gevormd en vervolgens in de gasfase worden gemeten. | | Massa-analysator | Het onderdeel van de massaspectrometer dat ionen scheidt op basis van hun massa-ladingverhouding (m/z). | | Kwadrupool massa-analysator | Een type massa-analysator dat gebruik maakt van variërende elektrische velden om ionen te selecteren op basis van hun m/z-waarde. | | Ionenvangst analysator (Ion trap) | Een compacte massa-analysator die ionen opslaat en selectief uitstoot op basis van hun massa. | | Time of Flight (TOF) analysator | Een massa-analysator die de tijd meet die ionen nodig hebben om een gedefinieerde afstand af te leggen onder invloed van een elektrisch veld, wat gecorreleerd is met hun m/z. | | Elektroforese | Een scheidingsmethode die gebruik maakt van de beweging van geladen deeltjes (ionen) in een elektrisch veld. | | Elektroforetische mobiliteit (µEF) | Een maat voor de snelheid waarmee een ion beweegt in een elektrisch veld, afhankelijk van lading, grootte en de viscositeit van het medium. | | Iso-elektrisch punt (pI) | De pH-waarde waarbij een amfoliet (molecuul met zowel zure als basische groepen) netto elektrisch neutraal is en niet migreert in een elektrisch veld. | | Capillaire elektroforese (CE) | Een elektroforetische techniek uitgevoerd in dunne capillairen, die snelle en efficiënte scheidingen mogelijk maakt. | | Elektro-osmotische flow (EOF) | De stroming van de bufferoplossing in een capillair onder invloed van een elektrisch veld, veroorzaakt door de lading op de wand van de capillair. | | Micellaire elektrokinetische capillaire chromatografie (MEKC) | Een techniek die capillaire elektroforese combineert met micelvorming, waarbij neutrale moleculen zich verdelen tussen de micellen en de vloeistof voor scheiding. | | Capillaire elektrochromatografie (CEC) | Een hybride techniek die elementen van HPLC en CE combineert, waarbij de mobiele fase door een stationaire fase in een capillair wordt gestuwd door een elektrisch veld. |

# Grundtypen der chemischen Bindung und ihre Entstehung Dieses Thema befasst sich mit den fundamentalen Arten chemischer Bindungen und den treibenden Kräften hinter ihrer Entstehung. ## 1. Grundtypen der chemischen Bindung Chemische Bindungen sind Kräfte, die Atome in Molekülen und anderen chemischen Spezies zusammenhalten. Sie entstehen durch die Interaktion der Valenzelektronen der beteiligten Atome, wobei die Atome bestrebt sind, eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen, typischerweise die der Edelgase (Edelgaskonfiguration) [2](#page=2) [3](#page=3). Es lassen sich drei Haupttypen chemischer Bindungen unterscheiden: * **Ionenbindung:** Entsteht zwischen Elementen mit großer Elektronegativitätsdifferenz, typischerweise zwischen Metallen (geringe Elektronegativität) und Nichtmetallen (hohe Elektronegativität) [3](#page=3). * **Kovalente Bindung (Atombindung):** Bildet sich durch die gemeinsame Nutzung von Elektronenpaaren zwischen Atomen, meist zwischen Nichtmetallen [4](#page=4). * **Metallische Bindung:** Tritt bei Metallen auf und zeichnet sich durch ein "Elektronengas" aus, das die positiv geladenen Metallionen zusammenhält [4](#page=4). ### 1.1 Die Entstehung chemischer Bindungen Die treibende Kraft für die Bildung chemischer Bindungen ist die Tendenz von Atomen, die stabile Elektronenkonfiguration der Edelgase zu erreichen. Dies kann auf verschiedene Weisen geschehen [3](#page=3): * **Elektronenübertragung (Ionenbildung):** Ein Atom mit wenigen Valenzelektronen (geringe Elektronegativität) gibt diese an ein Atom mit vielen Valenzelektronen (hohe Elektronegativität) ab. Es bilden sich positiv und negativ geladene Ionen, die sich elektrostatisch anziehen [3](#page=3). * Beispiel: Magnesium (Mg) gibt zwei Valenzelektronen an Sauerstoff (O) ab, wodurch sich $Mg^{2+}$ und $O^{2-}$ bilden, die zu $MgO$ (Magnesiumoxid) kristallisieren [3](#page=3). * **Elektronenpaarbildung (kovalente Bindung):** Atome, die beide eine hohe Elektronegativität aufweisen, teilen sich Elektronenpaare, um die Edelgaskonfiguration zu erreichen. Dies führt zur Bildung von Molekülen [4](#page=4). * Beispiele: Wasserstoff (H) bildet mit sich selbst H-H, und Wasserstoff (H) bildet mit Chlor (Cl) H-Cl [4](#page=4). * **Elektronengas (metallische Bindung):** Wenn beide Elemente eine geringe Elektronegativität aufweisen, ist eine Edelgaskonfiguration durch Übertragung oder Teilung von Elektronen nicht leicht erreichbar. Stattdessen bilden die Metallatome eine Struktur aus positiven Metallionen ($M^{n+}$), die von einem gemeinsamen, delokalisierten Elektronengas zusammengehalten werden. Diese Bindung ist charakteristisch für den festen und flüssigen Zustand von Metallen und erklärt deren elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie den metallischen Glanz [4](#page=4). ### 1.2 Die Ionenbindung Die Ionenbindung beruht auf ungerichteten elektrostatischen Anziehungskräften (Coulomb-Kräften) zwischen Kationen und Anionen. Diese Anziehung führt zur Bildung von Ionenkristallen, in denen die Ionen in einem regelmäßigen Gitter angeordnet sind. Die Treibkraft für die Bildung eines Ionenkristalls ist die hohe Gitterenergie, die bei der Ausbildung des Gitters freigesetzt wird [3](#page=3) [5](#page=5). #### 1.2.1 Entstehung und Eigenschaften der Ionenbindung Die Bildung einer ionischen Verbindung, wie zum Beispiel Kaliumchlorid (KCl), ist oft ein stark exothermer Prozess. Kalium (K), ein Metall, gibt ein Elektron ab und wird zum $K^+$ Ion, während Chlor (Cl$_2$), ein Nichtmetall, Elektronen aufnimmt und zu Chloridionen ($Cl^-$) wird. Die Anziehung zwischen $K^+$ und $Cl^-$ führt zur Bildung des Salzes KCl [6](#page=6). Der Abstand zwischen den Ionen in einem Ionenkristall ist ein Kompromiss zwischen der maximalen Coulomb-Anziehung und der Abstoßung der Elektronenhüllen bei sehr kleinen Abständen. Die Anziehungskraft ($F$) zwischen zwei geladenen Teilchen der Ladungen $q_+$ und $q_-$ ist proportional zum Produkt der Ladungen und umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands ($r$) zwischen ihnen [7](#page=7): $$F = \frac{1}{4\pi\epsilon_0} \frac{q_+ q_-}{r^2}$$ wobei $\epsilon_0$ die elektrische Feldkonstante ist [7](#page=7). > **Tip:** Die Stärke der elektrostatischen Anziehung hängt von den Ladungen der Ionen und ihrem Abstand ab. Größere Ladungen und kleinere Abstände führen zu stärkeren Anziehungskräften und höherer Gitterenergie. #### 1.2.2 Radienquotient und Koordinationszahl Das Verhältnis der Radien von Kation ($r_K$) und Anion ($r_A$), der sogenannte Radienquotient ($r_K / r_A$), beeinflusst die Packungsdichte und die Koordinationszahlen im Ionenkristall. Der Radienquotient bestimmt, wie dicht die Kationen und Anionen zusammenrücken können, um die Wechselwirkungen zu maximieren und die Gesamtenergie zu minimieren [8](#page=8). * Bei einem Radienquotienten $> 0.414$ sind attraktive Kation-Anion-Kontakte möglich [8](#page=8). * Bei einem Radienquotienten $= 0.414$ berühren sich alle Ionen gegenseitig [8](#page=8). * Bei einem Radienquotienten $< 0.414$ dominieren Abstoßungskräfte zwischen den Anionen [8](#page=8). Die Koordinationszahl (KZ) gibt an, wie viele Nachbarionen ein zentrales Ion umgeben. Für die Natriumchlorid-Struktur (Steinsalz) ist dies bei einem Radienquotienten von 0.414 bis 0.73 typischerweise 6, was einer oktaedrischen Geometrie entspricht [10](#page=10) [11](#page=11). #### 1.2.3 Born-Haber-Kreisprozess Der Born-Haber-Kreisprozess ist eine Methode zur Berechnung der Gitterenergie eines Ionenkristalls. Er basiert auf dem Energieerhaltungssatz und summiert die Energien verschiedener Schritte, die zur Bildung des Salzes aus seinen Elementen führen [9](#page=9). Die Schritte umfassen: 1. Sublimationsenthalpie des Metalls. 2. Dissoziationsenergie des Nichtmetalls. 3. Ionisierungsenergie des Metalls. 4. Elektronenaffinität des Nichtmetalls. 5. Die gesuchte Gitterenergie (die Energie, die bei der Bildung des kristallinen Ionengitters aus gasförmigen Ionen freigesetzt wird). Diese Schritte bilden einen geschlossenen Kreislauf, der die Bildung des Salzes aus den Elementen beschreibt [9](#page=9). #### 1.2.4 Anionen in der Ionenbindung Einfache Anionen, die häufig in Ionverbindungen vorkommen, sind typischerweise einatomig und erhalten die Endung "-id". Beispiele hierfür sind Fluorid ($F^-$), Chlorid ($Cl^-$), Oxid ($O^{2-}$), Sulfid ($S^{2-}$), Nitrid ($N^{3-}$) und Carbid ($C^{4-}$). Es gibt auch mehratomige Anionen, die als Oxoanionen bezeichnet werden und oft die Endungen "-at" oder "-it" tragen, wie Carbonat ($CO_3^{2-}$), Nitrat ($NO_3^-$), Sulfat ($SO_4^{2-}$), Phosphat ($PO_4^{3-}$), Permanganat ($MnO_4^-$) und Chromat ($CrO_4^{2-}$) [12](#page=12) [14](#page=14). #### 1.2.5 Elektronenstrichformeln (Lewis-Formeln) Elektronenstrichformeln, auch Lewis-Formeln genannt, stellen die Valenzelektronen von Atomen und Molekülen dar. Sie zeigen nur die Valenzelektronen, die an der Bindung beteiligt sind oder als freie Elektronenpaare vorliegen [13](#page=13). * Ein Chloratom im Grundzustand hat die Elektronenkonfiguration $[Ne 3s^2 3p^5$ und somit 7 Valenzelektronen [13](#page=13). * Ein Chlorid-Anion ($Cl^-$) hat durch Aufnahme eines Elektrons die Edelgaskonfiguration erreicht und wird als $[Cl]^-$ mit acht Valenzelektronen dargestellt [13](#page=13). Die Lewis-Formel für Chlorid ist $\begin{bmatrix} \text{:}\stackrel{\bullet\bullet}{\text{Cl}}\text{:}\end{bmatrix}^-$, wobei die Punkte Valenzelektronen darstellen [13](#page=13). ### 1.3 Die kovalente Bindung Die kovalente Bindung, auch Atombindung genannt, entsteht durch die Überlappung von Atomorbitalen, die einfach besetzt sind. Diese Überlappung führt zur Bildung von Molekülorbitalen, in denen die Elektronenpaare zwischen den Kernen lokalisiert sind. Die kovalente Bindung ist gerichtet und bestimmt somit die Molekülstruktur [15](#page=15) [16](#page=16). #### 1.3.1 Entstehung und Eigenschaften der kovalenten Bindung Bei der Bildung einer kovalenten Bindung "überlappen" die Orbitale der Valenzelektronen der beteiligten Atome. Diese Überlappung findet vorzugsweise zwischen den Kernen statt, was zu einer starken Anziehung führt [16](#page=16). * Im Wasserstoffmolekül ($H_2$) überlappen die 1s-Orbitale zweier Wasserstoffatome. Dies führt zur Bildung von zwei Molekülorbitalen: einem bindenden Molekülorbital (niedrigere Energie) und einem antibindenden Molekülorbital (höhere Energie). Die Elektronen besetzen das bindende Molekülorbital, was zur Stabilisierung des Moleküls führt [17](#page=17). Die kovalente Bindung ist deutlich stärker als intermolekulare Wechselwirkungen wie Van-der-Waals-Kräfte, was sich in den unterschiedlichen Energie-Abstands-Kurven zeigt [18](#page=18). #### 1.3.2 Bindungsstärke und Dissoziation Die Stärke einer kovalenten Bindung wird durch die Bindungsenergie charakterisiert. Die H-H-Bindung im Wasserstoffmolekül ist sehr stark und hat eine Dissoziationsenergie von etwa 436 kJ/mol [19](#page=19). * **Homolytische Dissoziation:** H$_2$ $\rightarrow$ 2 H$\cdot$ (Radikale) [19](#page=19). * **Heterolytische Dissoziation:** H$_2$ $\rightarrow$ H$^+$ + H$^-$ (Ionen). Die heterolytische Dissoziation erfordert eine wesentlich höhere Energie (ca. 1675 kJ/mol) [19](#page=19). > **Tip:** Die Dissoziation von Molekülen in Atome (homolytisch) oder Ionen (heterolytisch) ist temperaturabhängig. Bei hohen Temperaturen nimmt der Dissoziationsgrad zu [19](#page=19). #### 1.3.3 Oktettregel und Lewis-Formeln Die Oktettregel besagt, dass Atome bestrebt sind, acht Valenzelektronen zu besitzen, um die stabile Elektronenkonfiguration der Edelgase zu erreichen. Lewis-Formeln helfen bei der Darstellung dieser Konfigurationen [20](#page=20). * Sauerstoff ($O$) hat 6 Valenzelektronen und benötigt 2 weitere für ein Oktett [20](#page=20). * Stickstoff ($N$) hat 5 Valenzelektronen und benötigt 3 weitere [20](#page=20). * Chlor ($F$) hat 7 Valenzelektronen und benötigt 1 weitere [20](#page=20). Die Anzahl der Bindungen, die ein Atom eingehen kann, hängt von seinen Valenzelektronen ab: * Wasserstoff und Fluor bilden typischerweise Einfachbindungen [21](#page=21). * Sauerstoff bildet meist Doppelbindungen [21](#page=21). * Stickstoff bildet oft Dreifachbindungen oder ist dreibindig [21](#page=21). * Kohlenstoff ist typischerweise vierbindig [21](#page=21). > **Beispiel:** > * Methan ($CH_4$): Kohlenstoff bildet vier Einfachbindungen zu Wasserstoffatomen [21](#page=21). > * Ammoniak ($NH_3$): Stickstoff bildet drei Einfachbindungen zu Wasserstoffatomen und besitzt ein freies Elektronenpaar [21](#page=21). > * Kohlenstoffdioxid ($CO_2$): Kohlenstoff bildet zwei Doppelbindungen zu Sauerstoffatomen [21](#page=21). #### 1.3.4 Regeln zum Aufstellen von Lewis-Formeln Beim Aufstellen von Lewis-Formeln sind mehrere Regeln zu beachten [22](#page=22): 1. Bestimmen der zentralen Atome (oft das am wenigsten elektronegative oder zuerst genannte Element). 2. Zählen aller Valenzelektronen der beteiligten Atome. Bei Anionen werden Elektronen addiert, bei Kationen subtrahiert. 3. Verteilen von Elektronenpaaren zur Bildung von Einfachbindungen zwischen den Atomen. 4. Vervollständigen des Oktetts der äußeren Atome (außer H, das ein Dublett benötigt). 5. Verbleibende Elektronen werden dem Zentralatom zugeordnet. Bei Bedarf können Mehrfachbindungen gebildet werden, um das Oktett des Zentralatoms zu vervollständigen. 6. Elemente höherer Perioden können die Oktettregel erweitern (Oktettaufweitung) [23](#page=23). #### 1.3.5 Mesomerie und Radikale Mesomerie (Resonanz) tritt auf, wenn eine Lewis-Formel die tatsächliche Elektronenverteilung nicht vollständig beschreiben kann. Es werden dann mehrere mesomere Grenzstrukturen gezeichnet, die zusammen die tatsächliche Struktur repräsentieren [24](#page=24). * **Radikale** sind Spezies mit ungepaarten Elektronen, was sie sehr reaktiv macht [13](#page=13) [24](#page=24). #### 1.3.6 Hybridisierung und Molekülgeometrie Die Hybridisierung von Atomorbitalen ist ein Konzept, das die beobachteten Bindungswinkel und Molekülgeometrien erklärt, insbesondere bei Kohlenstoff [25](#page=25). * **sp³-Hybridisierung:** Ein s-Orbital und drei p-Orbitale mischen sich zu vier äquivalenten sp³-Hybridorbitalen. Dies führt zu einer tetraedrischen Geometrie mit Bindungswinkeln von ca. 109.5°, wie in Methan ($CH_4$). Freie Elektronenpaare beanspruchen mehr Raum und können Bindungswinkel verringern [25](#page=25) [27](#page=27). * **sp²-Hybridisierung:** Ein s-Orbital und zwei p-Orbitale mischen sich zu drei äquivalenten sp²-Hybridorbitalen, wobei ein p-Orbital unhybridisiert bleibt. Dies führt zu einer trigonale planaren Geometrie mit Bindungswinkeln von ca. 120°. Das unhybridisierte p-Orbital ist senkrecht zur Ebene und ermöglicht die Bildung von pi-Bindungen [26](#page=26) [30](#page=30). * **sp-Hybridisierung:** Ein s-Orbital und ein p-Orbital mischen sich zu zwei sp-Hybridorbitalen, wobei zwei p-Orbitale unhybridisiert bleiben. Dies führt zu einer linearen Geometrie mit Bindungswinkeln von 180°. Die zwei unhybridisierten p-Orbitale ermöglichen die Bildung von zwei pi-Bindungen [26](#page=26). Das **VSEPR-Modell** (Valence Shell Electron Pair Repulsion) erklärt die Molekülgeometrie durch die Abstoßung von Valenzelektronenpaaren, die versuchen, maximalen Abstand zueinander einzunehmen [28](#page=28). > **Tip:** Mehrfachbindungen (Doppel- und Dreifachbindungen) beanspruchen mehr Raum als Einfachbindungen und beeinflussen die Molekülgeometrie [28](#page=28). #### 1.3.7 s- und $\pi$-Bindungen Kovalente Bindungen können in $\sigma$- (Sigma) und $\pi$- (Pi) Bindungen unterteilt werden [32](#page=32). * **$\sigma$-Bindungen:** Die Elektronendichteverteilung ist rotationssymmetrisch um die Kernverbindungsachse. Sie entstehen durch die Überlappung von s-s, s-p oder p-p Orbitalen [32](#page=32). * **$\pi$-Bindungen:** Die Elektronendichteverteilung liegt oberhalb und unterhalb einer Knotenebene. Sie entstehen durch die Seitenflächen-Überlappung von p-p oder p-d Orbitalen [32](#page=32). Mehrfachbindungen bestehen immer aus einer $\sigma$-Bindung und zusätzlich einer oder zwei $\pi$-Bindungen. Beispielsweise besteht eine Doppelbindung (z.B. O=O) aus einer $\sigma$- und einer $\pi$-Bindung, während eine Dreifachbindung (z.B. N$\equiv$N) aus einer $\sigma$- und zwei $\pi$-Bindungen besteht [32](#page=32). > **Doppelbindungsregel:** Elemente der 2. Periode bilden erheblich stabilere Mehrfachbindungen als Elemente höherer Perioden [29](#page=29). ### 1.4 Die Metallische Bindung Die metallische Bindung kennzeichnet Metalle und entsteht, wenn Atome mit niedriger Elektronegativität miteinander verbunden sind. Sie bildet eine Struktur aus positiv geladenen Metallionen ($M^{n+}$), die von einem delokalisierten "Elektronengas" umgeben sind. Dieses Elektronengas ermöglicht die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit von Metallen sowie ihren charakteristischen Glanz. Die metallische Bindung ist nur im festen und flüssigen Zustand vorhanden [4](#page=4). #### 1.4.1 Isoelektronische Verbindungen Isoelektronische Verbindungen sind Spezies, die die gleiche Anzahl von Valenzelektronen und oft auch eine ähnliche Anordnung der Atome aufweisen [31](#page=31). > **Beispiel:** $N_2$, $CO$, $NO^+$, $CN^-$ sind isoelektronisch, da sie jeweils 10 Valenzelektronen besitzen. Solche Verbindungen können bei unvollständiger Verbrennung von Kohlenstoff entstehen, wenn $CO$ statt $CO_2$ gebildet wird [31](#page=31). ### 1.5 Formelsprache der Chemie Die Chemie verwendet verschiedene Arten von Formeln zur Darstellung von Verbindungen [33](#page=33): * **Summenformel:** Gibt die Anzahl und Art der Atome in einem Molekül an (z.B. $HNO_3$). * **Strukturformel:** Zeigt die Konnektivität der Atome, d.h. welche Atome miteinander verbunden sind. * **Konstitutionsformel:** Eine detailliertere Strukturformel, die die Reihenfolge der Bindungen angibt. * **Stereoformel:** Zeigt die räumliche Anordnung der Atome. Konstitutionsisomere sind Verbindungen mit derselben Summenformel, aber unterschiedlicher Konnektivität, während Stereoisomere dieselbe Konnektivität, aber unterschiedliche räumliche Anordnungen aufweisen [33](#page=33). --- # Intermolekulare Wechselwirkungen und Bindungscharakter Dieses Thema behandelt die verschiedenen Arten von Kräften, die zwischen Molekülen wirken, sowie die Übergänge zwischen verschiedenen Bindungsformen. ### 2.1 Zwischenmolekulare Wechselwirkungen Zwischenmolekulare Wechselwirkungen sind Kräfte, die zwischen einzelnen Molekülen wirken und für die physikalischen Eigenschaften von Stoffen wie Siedepunkt und Löslichkeit verantwortlich sind. Sie sind deutlich schwächer als kovalente oder ionische Bindungen. Man unterscheidet verschiedene Arten von zwischenmolekularen Wechselwirkungen [34](#page=34) [35](#page=35): #### 2.1.1 Dipol-Dipol-Wechselwirkungen Dipol-Dipol-Wechselwirkungen treten zwischen polaren Molekülen auf, die ein permanentes Dipolmoment besitzen. Diese Moleküle haben eine ungleiche Ladungsverteilung, wobei ein Teil des Moleküls eine positive Partialladung ($\delta+$) und ein anderer Teil eine negative Partialladung ($\delta-$) aufweist. Die positiven Enden von Molekülen ziehen die negativen Enden benachbarter Moleküle an und umgekehrt [35](#page=35) [40](#page=40). * **Bindungspolarität und Elektronegativität:** Die Polarität einer kovalenten Bindung ergibt sich aus der unterschiedlichen Elektronegativität der beteiligten Atome. Elektronegativität ist das Maß für die Fähigkeit eines Atoms, Elektronen in einem Molekül an sich zu ziehen. Je größer die Differenz der Elektronegativitäten zwischen zwei Atomen ist, desto polarer ist die Bindung [38](#page=38). * Beispiele für Elektronegativitätswerte nach Pauling: H (2.2), F (4.0), C (2.5), Si (1.9), Li (1.0) [38](#page=38). * Bei stark polaren Bindungen kann es zu einem hohen Ionencharakter kommen [36](#page=36). * **Dipolmoment ($\mu$):** Das Dipolmoment ist ein Maß für die Stärke des Dipols in einem Molekül. Es wird berechnet als Produkt aus der Ladungsgröße ($q$) und dem Abstand ($r$) zwischen den Ladungsschwerpunkten [40](#page=40): $$ \mu = q \cdot r $$ [40](#page=40). Für die Berechnung des Dipolmoments eines Ions in einem Abstand $r$ gilt: $$ \mu = e \cdot r $$ [40](#page=40). wobei $e$ die Elementarladung ($1.602 \times 10^{-19}$ C) ist. Die übliche Einheit für das Dipolmoment ist Debye (D), wobei $1.0 \text{ D} = 3.336 \times 10^{-30}$ C m ist [40](#page=40). Für polare Moleküle wie HCl ergibt sich ein gemessenes Dipolmoment, das auf einen gewissen Ionencharakter der Bindung hinweist. Beispielsweise beträgt das Dipolmoment von HCl $3.34 \times 10^{-30}$ Cm, was bei einem berechneten Wert für volle Ladungstrennung von $20.4 \times 10^{-30}$ Cm einem Ionencharakter von etwa 17% entspricht [40](#page=40). Das Dipolmoment eines Moleküls ist die Vektorsumme der Dipolmomente der einzelnen Bindungen: $$ \mu = \sum_{i} q_i \cdot r_i $$ [40](#page=40). * **Ausrichtung von Dipolen:** In Abwesenheit eines elektrischen Feldes sind die Dipole polarer Moleküle zufällig orientiert. In Anwesenheit eines elektrischen Feldes richten sich die Dipole entlang des Feldes aus [41](#page=41). * **Beispiel:** Der Springbrunnenversuch mit Ammoniak (NH$_3$) und Wasser zeigt eindrucksvoll die starke Anziehungskraft zwischen den polaren Molekülen (Ammoniak wird von Wasser angezogen) [37](#page=37). #### 2.1.2 Wasserstoffbrückenbindungen Wasserstoffbrückenbindungen sind eine spezielle und stärkere Form der Dipol-Dipol-Wechselwirkung. Sie treten auf, wenn ein Wasserstoffatom an ein stark elektronegatives Atom (wie F, O oder N) gebunden ist und eine Wechselwirkung mit einem weiteren stark elektronegativen Atom eines benachbarten Moleküls eingeht [35](#page=35). * **Bedingungen:** Eine Wasserstoffbrückenbindung erfordert die Anwesenheit eines H-Donors (Molekül mit H an F, O, N) und eines H-Akzeptors (Molekül mit freiem Elektronenpaar an F, O, N) [35](#page=35). * **Stärke:** Wasserstoffbrückenbindungen sind stärker als gewöhnliche Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, aber schwächer als kovalente Bindungen. Sie beeinflussen maßgeblich Eigenschaften wie Siedepunkte und die Löslichkeit von Stoffen (z. B. Wasser) [34](#page=34) [35](#page=35). * **Beispiel:** Die Wechselwirkung zwischen Methanol (CH$_3$OH) und Wasser (H$_2$O) ist ein Beispiel für eine Wasserstoffbrückenbindung [35](#page=35). #### 2.1.3 Van-der-Waals-Kräfte Van-der-Waals-Kräfte sind schwache Anziehungskräfte, die zwischen allen Molekülen auftreten, auch zwischen unpolaren. Sie entstehen durch temporäre oder induzierte Dipole [35](#page=35). * **Dipol-induzierter Dipol:** Ein polares Molekül kann in einem unpolaren Molekül kurzzeitig einen Dipol induzieren. Dies geschieht durch die Verschiebung der Elektronenwolke im unpolaren Molekül aufgrund des elektrischen Feldes des polaren Moleküls [35](#page=35). * **Induzierter Dipol-induzierter Dipol (London-Dispersionskräfte):** Auch in unpolaren Molekülen treten aufgrund der ständigen Bewegung von Elektronen kurzzeitige, zufällige Ladungsungleichgewichte auf, die sogenannte temporäre Dipole erzeugen. Diese temporären Dipole können wiederum Dipole in benachbarten Molekülen induzieren und so zu schwachen Anziehungskräften führen. Die Stärke dieser Kräfte hängt von der Polarisierbarkeit der Moleküle ab [35](#page=35) [42](#page=42). * **Beispiel:** Die unterschiedlichen Siedepunkte von Stoffen mit ähnlicher molarer Masse können durch die Stärke der Van-der-Waals-Kräfte erklärt werden. Ein Stoff mit stärkeren Van-der-Waals-Kräften hat einen höheren Siedepunkt (z.B. $36.1$ °C vs. $9.5$ °C, obwohl die genauen Substanzen nicht spezifiziert sind) [42](#page=42). ### 2.2 Bindungscharakter und Übergänge Die Art der chemischen Bindung zwischen Atomen ist nicht immer eindeutig, sondern kann graduell ineinander übergehen. Man unterscheidet im Wesentlichen drei Haupttypen von Bindungen [36](#page=36): * **Kovalente Bindung:** Elektronen werden zwischen Atomen geteilt (z. B. H$_2$) [36](#page=36). * **Polarisierte kovalente Bindung:** Elektronen werden ungleichmäßig zwischen Atomen geteilt, was zu partiellen Ladungen führt (z. B. HBr) [36](#page=36). * **Ionenbindung:** Elektronen werden vollständig von einem Atom auf ein anderes übertragen, was zur Bildung von Ionen führt (z. B. LiF) [36](#page=36). Es gibt fließende Übergänge zwischen diesen Bindungsformen, abhängig von der Differenz der Elektronegativitäten der beteiligten Atome. Eine stark polarisierte kovalente Bindung kann einen hohen Ionencharakter aufweisen [36](#page=36). > **Tip:** Verstehen Sie, dass die Unterscheidung zwischen kovalenter, polarer kovalenter und ionischer Bindung ein Kontinuum ist. Der Grad der Elektronegativitätsdifferenz ist entscheidend für den Bindungscharakter. > > **Beispiel:** In Verbindungen wie LiH sind die Elektronegativitäten so unterschiedlich, dass eine deutliche Ionencharakteristik auftritt (Li$^+$ H$^-$), obwohl es sich formal um eine kovalente Bindung handeln könnte [39](#page=39). > **Tip:** Achten Sie auf die Unterscheidung zwischen intrazellularen Bindungen (innerhalb eines Moleküls) und intermolekularen Wechselwirkungen (zwischen Molekülen). Letztere sind entscheidend für makroskopische Eigenschaften. --- # Metallische Bindung und der gasförmige Zustand Die metallische Bindung wird durch das Elektronengas-Modell erklärt, während der gasförmige Zustand durch charakteristische Eigenschaften und Gesetze beschrieben wird. ### 3.1 Die metallische Bindung: Das Elektronengas-Modell Die metallische Bindung basiert auf dem Modell eines "Elektronengases", bei dem positiv geladene Metallionen ($M^{n+}$) in einem Gitter angeordnet sind und von einem delokalisierten Elektronengas umgeben werden. Dieses Elektronengas ist für den Zusammenhalt der Metallstruktur verantwortlich [44](#page=44). * **Eigenschaften des Elektronengas-Modells:** * $M^{n+}$-Ionen befinden sich in einer dichten Packung [44](#page=44). * Die Elektronen sind frei beweglich und bilden ein Elektronengas, das etwa 86% des Kristallvolumens ausmachen kann (z.B. bei Magnesium: 14% $Mg^{2+}$-Ionen, 86% Elektronengas) [44](#page=44). * Die Elektronen können die Metallstruktur nur durch Energiezufuhr verlassen, beispielsweise durch Anlegen einer Spannung oder durch Absorption von Photonen ($h\nu$) [44](#page=44). * Die $M^{n+}$-Ionen haben vergleichsweise große Abstände zueinander [44](#page=44). * Legierungsbildung ist möglich, da Fremdatome die Struktur nicht wesentlich stören, solange ihre Größe und Elektronenbeteiligung nicht zu stark abweicht [44](#page=44). * Im Gegensatz zur kovalenten Bindung ist die metallische Bindung ungerichtet [44](#page=44). * Metalle weisen typischerweise eine dichte Packung mit hohen Koordinationszahlen auf [44](#page=44). * **Strukturtypen in Metallen:** Es werden drei einfache Strukturtypen unterschieden [45](#page=45): * **Hexagonal dichte Packung (hdp, hcp):** Schichtenfolge...ABABAB.... Beispiele sind Magnesium (Mg) und Zink (Zn) mit einer Koordinationszahl von 12 [45](#page=45). * **Kubisch dichte Packung (kdp, ccp, fcc):** Schichtenfolge...ABCABC.... Beispiele hierfür sind Aluminium (Al), Kupfer (Cu), Silber (Ag) und Gold (Au) mit einer Koordinationszahl von 12 [45](#page=45). * **Kubisch innenzentriert (krz, bcc):** Ein Beispiel ist Natrium (Na) und Wolfram (W) mit einer Koordinationszahl von 8 (+6) [45](#page=45). * **Übergänge zwischen Bindungsformen:** Es gibt fließende Übergänge zwischen verschiedenen Bindungsarten, was sich auch in der chemischen Zusammensetzung von Verbindungen widerspiegelt. Ein Übergang von kovalenter zu metallischer Bindung kann beispielsweise über Halbleiter erfolgen [47](#page=47). > **Beispiel:** Die Reihe NaCl $\rightarrow$ $MgCl_2$ $\rightarrow$ $AlCl_3$ $\rightarrow$ $SiCl_4$ $\rightarrow$ $PCl_3$ $\rightarrow$ $SCl_2$ $\rightarrow$ $Cl_2$ zeigt eine Zunahme des kovalenten Charakters. Umgekehrt kann eine Reihe wie $Cl_2$ $\rightarrow$ $S_8$ $\rightarrow$ $P_4$ $\rightarrow$ $Si$ $\rightarrow$ $Al$ $\rightarrow$ $Mg$ $\rightarrow$ $Na$ eine Tendenz zu metallischem Verhalten aufzeigen [47](#page=47). ### 3.2 Der gasförmige Zustand Der gasförmige Zustand ist durch spezifische Charakteristika und Gesetze gekennzeichnet, die das Verhalten von Gasen beschreiben. * **Charakteristika von Gasen:** * Gasmoleküle verteilen sich gleichmäßig im verfügbaren Raum [49](#page=49). * Gase weisen eine geringe Dichte auf [49](#page=49). * Sie sind hochgradig komprimierbar [49](#page=49). * Gase bilden homogene Gemische [49](#page=49). * Die Moleküle befinden sich in ständiger, ungerichteter Bewegung [49](#page=49). * Das Modell geht von unabhängiger Molekülbewegung aus, mit vollkommen elastischen Stößen. Stöße auf die Behälterwand erzeugen Druck [49](#page=49). * **Die stöchiometrischen Gesetze und Gasgesetze:** * **Volumengesetz (Gay-Lussac, 1811):** Dieses Gesetz besagt, dass sich Gase in chemischen Reaktionen in ganzzahligen Volumenverhältnissen umsetzen. Ein klassisches Beispiel ist die Reaktion von zwei Volumenteilen Wasserstoff mit einem Volumenteil Sauerstoff zu Wasser [48](#page=48). * Die empirischen Gasgesetze beinhalten das Boyle-Mariotte-Gesetz (p $\sim$ V$^{-1}$ bei konstanter Temperatur und Stoffmenge) und das Gay-Lussac-Gesetz (V $\sim$ T bei konstantem Druck und Stoffmenge) [50](#page=50). * **Das ideale Gasgesetz:** Die empirischen Gasgesetze führen zum idealen Gasgesetz, das die Beziehung zwischen Druck ($p$), Volumen ($V$), Stoffmenge ($n$) und Temperatur ($T$) beschreibt: $$ p \cdot V = n \cdot R \cdot T $$ Dabei ist $R$ die allgemeine Gaskonstante mit einem Wert von 8,314 J/mol·K [51](#page=51). * **Standardbedingungen:** Unter Standardbedingungen (1013 hPa Druck und 273,15 K Temperatur) nimmt 1 Mol eines beliebigen Gases ein Volumen von 22,4 Litern ein [51](#page=51). * Dieses Volumen enthält 6,022 $\times$ 10$^{23}$ Teilchen (Avogadro-Konstante) [51](#page=51). > **Beispiel:** 22,4 Liter Wasserstoff wiegen 2,0 Gramm, während 22,4 Liter Xenon 131,29 Gramm wiegen [51](#page=51). * **Reale Gase und die Van-der-Waals-Gleichung:** Das ideale Gas ist ein Grenzfall, der bei niedrigem Druck, großem Volumen und hoher Temperatur annähernd erreicht wird, wenn Wechselwirkungen zwischen den Molekülen vernachlässigbar sind. Bei höherem Druck und niedrigerer Temperatur treten Abweichungen vom idealen Verhalten auf, und man spricht von einem realen Gas. Diese Abweichungen resultieren aus zwei Hauptfaktoren [52](#page=52): a) Anziehungskräfte (Kohäsionskräfte) zwischen den Molekülen. b) Das Eigenvolumen der Moleküle, das vom Gesamtvolumen subtrahiert werden muss. Die Van-der-Waals-Gleichung berücksichtigt diese Effekte: $$ \left(p + a \left(\frac{n}{V}\right)^2\right) (V - nb) = nRT $$ Hierbei steht $a$ für die Stärke der Anziehungskräfte und $b$ für das Eigenvolumen der Moleküle [52](#page=52). --- ## Häufige fehler vermeiden - Überprüfen Sie alle Themen gründlich vor Prüfungen - Achten Sie auf Formeln und wichtige Definitionen - Üben Sie mit den in jedem Abschnitt bereitgestellten Beispielen - Memorieren Sie nicht ohne die zugrunde liegenden Konzepte zu verstehen

| Term | Definition | |------|------------| | Ionenbindung | Eine chemische Bindung, die durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen entgegengesetzt geladenen Ionen entsteht. Sie bildet sich typischerweise zwischen Metallen mit geringer und Nichtmetallen mit hoher Elektronegativität. | | Kovalente Bindung | Eine chemische Bindung, bei der sich Atome Elektronenpaare teilen, um eine stabile Elektronenkonfiguration zu erreichen. Sie entsteht typischerweise zwischen Nichtmetallen. | | Metallische Bindung | Eine Art der chemischen Bindung, die in Metallen vorkommt, wobei Metallionen in einem „Elektronengas“ aus delokalisierten Valenzelektronen eingebettet sind. | | Elektronegativität | Ein Maß für die Fähigkeit eines Atoms in einem Molekül, die Bindungselektronen an sich zu ziehen. Sie ist entscheidend für die Art der chemischen Bindung. | | Valenzelektronen | Die Elektronen in der äußersten Schale eines Atoms, die an chemischen Bindungen beteiligt sind. | | Edelgaskonfiguration | Eine stabile Elektronenkonfiguration, die der eines Edelgases ähnelt, typischerweise mit acht Valenzelektronen (Oktettregel), was die treibende Kraft für chemische Bindungen darstellt. | | Gitterenergie | Die Energie, die freigesetzt wird, wenn Ionen in der Gasphase sich zu einem Ionenkristall verbinden, oder die Energie, die benötigt wird, um einen Ionenkristall in seine einzelnen Ionen zu zerlegen. | | Coulomb-Kräfte | Die Anziehungs- oder Abstoßungskräfte zwischen elektrisch geladenen Teilchen, die nach dem Coulomb-Gesetz beschrieben werden. | | Radienquotient | Das Verhältnis des Radius eines Kations zu dem eines Anions, das die Struktur und die Koordinationszahl in Ionenkristallen beeinflusst. | | Born-Haber-Kreisprozess | Ein thermodynamischer Zyklus, der verwendet wird, um die Gitterenergie eines Ionenkristalls zu berechnen, indem verschiedene Energieänderungen wie Ionisierungsenergie, Elektronenaffinität und Sublimationsenthalpie einbezogen werden. | | Molekülorbital | Ein Orbital, das sich über mehrere Atome in einem Molekül erstreckt und von den Elektronen aller beteiligten Atome besetzt werden kann. | | Hybridisierung | Ein Konzept in der chemischen Bindungstheorie, bei dem Atomorbitale einer vergleichbaren Energie zu neuen, „hybridisierten“ Orbitalen mit spezifischen geometrischen Eigenschaften gemischt werden, um Bindungen zu bilden. | | VSEPR-Modell | (Valence Shell Electron Pair Repulsion) Ein Modell zur Vorhersage der Molekülgeometrie basierend auf der Abstoßung zwischen Elektronenpaaren in der Valenzschale eines Zentralatoms. | | Mesomerie | Ein Konzept, das die Delokalisierung von Elektronen in bestimmten Molekülen oder polyatomaren Ionen beschreibt, wo die tatsächliche Elektronenstruktur eine Mischung aus mehreren resonanten Grenzstrukturen ist. | | Van-der-Waals-Kräfte | Schwache intermolekulare Kräfte, die aus temporären oder induzierten Dipolen in Molekülen resultieren und für die Anziehung zwischen nichtpolaren Molekülen verantwortlich sind. | | Dipolmoment | Ein Maß für die Polarität eines Moleküls, das aus der ungleichen Verteilung der Ladungen resultiert. Es wird als Produkt aus der Ladung und dem Abstand zwischen den Ladungen berechnet. | | Wasserstoffbrückenbindung | Eine spezielle Art von Wasserstoffbrückenbindung, die auftritt, wenn ein Wasserstoffatom an ein stark elektronegatives Atom (wie O, N oder F) gebunden ist und eine elektrostatische Anziehung zu einem anderen elektronegativen Atom in einem benachbarten Molekül besteht. | | Isoelektronisch | Beschreibt Atome oder Moleküle, die die gleiche Anzahl von Elektronen und die gleiche Elektronenkonfiguration aufweisen. | | Oktettregel | Eine Regel, die besagt, dass Atome dazu neigen, Elektronen zu gewinnen, zu verlieren oder zu teilen, um eine stabile Elektronenkonfiguration mit acht Valenzelektronen zu erreichen. |

# Classificatie van materie: zuivere stoffen en mengsels Dit onderwerp verkent de fundamentele opbouw van materie, waarbij een onderscheid wordt gemaakt tussen zuivere stoffen en de verschillende types mengsels, zoals homogene en heterogene mengsels, inclusief colloïdale mengsels, gebaseerd op de deeltjesgrootte en waarneembaarheid. ### 1.1 Materie, mengsels en zuivere stoffen Materie omvat alles wat volume inneemt en een massa heeft, en kan voorkomen in de aggregatietoestanden vast, vloeibaar of gasvormig. Een specifiek stuk materie wordt een voorwerp of lichaam genoemd, met eigenschappen zoals vorm, massa en volume. Verschillende materialen (stoffen) kunnen worden gebruikt om voorwerpen te maken, elk met unieke stofeigenschappen zoals massadichtheid, oplosbaarheid, smeltpunt en kookpunt. In de chemie ligt de focus op de studie van deze stoffen [1](#page=1). Een zuivere stof bestaat uit slechts één stofsoort of moleculesoort. In tegenstelling hiermee bestaat een mengsel uit meerdere zuivere stoffen of moleculesoorten [1](#page=1). > **Tip:** Stofeigenschappen zijn kenmerkend voor een specifieke stof, ongeacht de hoeveelheid of vorm van het voorwerp dat ervan gemaakt is [1](#page=1). ### 1.2 Soorten mengsels Mengsels worden geclassificeerd op basis van de grootte van de deeltjes van de componenten [2](#page=2): #### 1.2.1 Heterogene mengsels Bij heterogene mengsels zijn de deeltjes waarneembaar met het blote oog of een lichtmicroscoop. De menselijke resolutie van het blote oog ligt rond 0,2 mm. Heterogene mengsels zijn doorgaans ondoorschijnend of verstrooien licht [2](#page=2). Indelingen van heterogene mengsels op basis van aggregatietoestand zijn onder andere: * **Grof mengsel:** vast + vast (bijv. zand, kruidenmengsel) [4](#page=4). * **Suspensie:** vast + vloeistof (bijv. chocolademelk, water met onoplosbaar zout). Suspensies zijn vaak niet stabiel en kunnen ontmengen [4](#page=4). * **Emulsie:** vloeistof + vloeistof (bijv. mayonaise, crèmes). Stabiele emulsies vereisen emulgatoren [4](#page=4). * **Nevel:** fijne vloeistofdruppeltjes in een gas (bijv. spuitbussen) [4](#page=4). * **Schuim:** gasbelletjes in een vloeistof (bijv. slagroom, badschuim) [4](#page=4). * **Rook:** vaste stofdeeltjes verspreid in een gas (bijv. stoflucht, rook) [4](#page=4). #### 1.2.2 Homogene mengsels Bij homogene mengsels zijn de deeltjes niet zichtbaar met het blote oog of enig optisch instrument, met een deeltjesgrootte kleiner dan $10^{-9}$ m. Ze zijn typisch doorzichtig, en licht plant zich er rechtlijnig door voort [2](#page=2). Indelingen van homogene mengsels op basis van aggregatietoestand zijn onder andere: * **Legeringen:** vast + vast (bijv. messing, inox, brons) [3](#page=3). * **Oplossingen:** opgeloste stof (vast, vloeibaar of gas) + oplosmiddel (vloeibaar). Voorbeelden zijn suikerwater (vast in vloeibaar), azijn (vloeibaar in vloeibaar) en spuitwater (gas in vloeibaar). Water is een veelvoorkomend oplosmiddel [3](#page=3). * **Gasmengsels:** gas + gas (bijv. lucht, aardgas) [3](#page=3). > **Tip:** Het begrip 'oplossing' is cruciaal in de chemie, aangezien veel stoffen in opgeloste vorm voorkomen, bewaard worden en reacties vaak in oplossing plaatsvinden. Concentratie-uitdrukkingen, zoals massaconcentratie en molaire concentratie, zijn belangrijk bij het bestuderen van oplossingen [3](#page=3). #### 1.2.3 Colloïdale mengsels Colloïdale mengsels vormen een overgang tussen heterogene en homogene mengsels, met deeltjes met een gemiddelde diameter tussen $10^{-7}$ m en $10^{-9}$ m. De deeltjes, 'colloïden' genoemd, zijn te klein om als heterogeen te worden beschouwd, maar groter dan moleculen of ionen. Deze mengsels bezitten een zekere stabiliteit en zijn doorschijnend tot ondoorzichtig [2](#page=2) [5](#page=5). Een voorbeeld is melk, dat grenst aan colloïdaal en heterogeen mengsel. Soms worden begrippen als 'colloïdale suspensie' en 'colloïdale emulsie' gebruikt [5](#page=5). ### 1.3 Zuivere stoffen, moleculen en atomen Zuivere stoffen kunnen door fysische scheidingstechnieken uit mengsels worden geïsoleerd. Een stof is opgebouwd uit moleculen, de kleinste deeltjes die de chemische identiteit van de stof behouden. Moleculen worden voorgesteld door chemische formules, zoals $H_2O$ [12](#page=12). Zuivere stoffen kunnen verder worden onderverdeeld in: * **Enkelvoudige moleculen:** bestaande uit slechts één atoomsoort (bijv. zuurstofgas, $O_2$) [12](#page=12). * **Samengestelde moleculen:** bestaande uit verschillende atoomsoorten (bijv. water, $H_2O$) [12](#page=12). > **Tip:** De term 'molecule' is strikt genomen van toepassing op stoffen met covalente bindingen; bij ionbindingen en metaalbindingen is het begrip 'molecule' meer theoretisch [12](#page=12). ### 1.4 Stofeigenschappen Elke zuivere stof wordt gekenmerkt door specifieke stofeigenschappen [13](#page=13). * **Fysische stofeigenschappen:** Deze eigenschappen kunnen worden waargenomen of onderzocht zonder de chemische identiteit van de stof te veranderen. Voorbeelden zijn aggregatietoestand, smeltpunt, massadichtheid, oplosbaarheid, kleur, textuur en smaak [13](#page=13). > **Example:** Fysische eigenschappen van glucose zijn: vaste aggregatietoestand bij kamertemperatuur, smeltpunt van 146°C, massadichtheid van 1,54 g/cm³, oplosbaarheid in water van 910 g/l, witte kleur, kristallijne textuur en een zoete smaak [13](#page=13). * **Chemische stofeigenschappen:** Deze eigenschappen veranderen de chemische identiteit van de stof en beschrijven hoe een stof kan omzetten in een andere. Een voorbeeld is oxidatie, waarbij ijzer reageert met zuurstof en water tot ijzerroest. Een ander voorbeeld is de verbranding van methaangas tot koolstofdioxide en water, waarbij energie vrijkomt [13](#page=13). ### 1.5 Oefeningen Enkele voorbeelden om de concepten toe te passen: **Oefening 1: Mengsel of zuivere stof?** [50](#page=50). * Mayonaise: mengsel * Goud: zuivere stof * Leidingwater: mengsel * Inkt: mengsel * Ozon: zuivere stof * Zuurstofgas: zuivere stof * Glas: mengsel * Brons: mengsel **Oefening 2: Homogeen of heterogeen mengsel? Soort mengsel?** [50](#page=50). * Vers fruitsap: heterogeen, suspensie (pulp) / homogeen (gefilterd sap) * Kruidenmengsel: heterogeen, grof mengsel * Vinaigrette: heterogeen, emulsie * Slagroom: heterogeen, schuim (gas in vloeistof) * Messing: homogeen, legering * Tafelazijn: homogeen, oplossing (azijnzuur in water) * Mist: heterogeen, nevel (vloeistof in gas) * Aardgas: homogeen, gasmengsel --- # Scheiden van mengsels en zuivere stoffen De scheiding van mengsels en de ontleding van zuivere stoffen omvatten diverse fysische en chemische processen die essentieel zijn voor zowel dagelijkse toepassingen als industriële productie. ## 2. Scheiden van mengsels en zuivere stoffen Het scheiden van mengsels en de ontleding van zuivere stoffen zijn fundamentele processen in de chemie, waarbij materie wordt opgedeeld in haar componenten of ontleed in eenvoudigere soorten. Deze scheidingen zijn gebaseerd op verschillen in fysische eigenschappen van de bestanddelen en zijn dus fysische processen, geen chemische [6](#page=6). ### 2.1 Scheiden van mengsels Mengsels kunnen worden onderverdeeld in heterogene en homogene mengsels, waarbij voor elk type specifieke scheidingstechnieken worden toegepast. #### 2.1.1 Scheiden van heterogene mengsels Heterogene mengsels, waarbij de bestanddelen zichtbaar gescheiden zijn, kunnen met de volgende technieken worden gescheiden: 1. **Zeven/ziften**: Deze methode is geschikt voor grove mengsels en scheidt vaste stoffen op basis van verschillen in deeltjesgrootte. Voorbeelden hiervan zijn het gebruik van een schuimspaan, een vergiet of een zandzeef [7](#page=7). 2. **Filtreren**: Dit wordt gebruikt om suspensies te scheiden en berust eveneens op verschillen in deeltjesgrootte. Bij filtratie ontstaan een filtraat (de vloeistof die door het filter gaat) en een residu (de vaste stof die achterblijft op het filter). Een voorbeeld is het scheiden van water en zand, of het gebruik van sigarettenfilters [7](#page=7). 3. **Decantatie, centrifugeren en afgieten**: Deze technieken worden toegepast op heterogene mengsels en zijn gebaseerd op verschillen in massadichtheid, waarbij de component met de grootste massadichtheid bezinkt. Centrifugatie kan de ontmenging versnellen. Afgieten is een handmatige scheiding, terwijl een scheitrechter kan worden gebruikt voor een minder nauwkeurige scheiding. Voorbeelden zijn het decanteren van wijn om bezinksel te verwijderen of het scheiden van bloedcellen van bloedplasma na toevoeging van een antistollingsmiddel en centrifugatie [7](#page=7) [8](#page=8). #### 2.1.2 Scheiden van homogene mengsels Homogene mengsels, waarbij de bestanddelen volledig gemengd zijn, vereisen andere scheidingstechnieken: 4. **Kristallisatie**: Deze techniek wordt gebruikt om een vast bestanddeel uit een homogeen vast-vloeibaar mengsel te isoleren wanneer de vloeistof verdampt. De methode steunt op een aanzienlijk verschil in kookpunt tussen de vaste stof en de vloeistof. Een industrieel voorbeeld is de winning van keukenzout uit zeewater [9](#page=9). 5. **Destillatie**: Dit proces scheidt homogene mengsels van vast-vloeistof of vloeistof-vloeistof met als doel beide componenten te isoleren. Het principe is gebaseerd op een verschil in kookpunt. De oplossing wordt verwarmd, de damp (rijk aan de meest vluchtige component) wordt opgevangen en afgekoeld om te condenseren. Dit proces kan herhaald worden om de meest vluchtige component in zuivere vorm te verkrijgen. Toepassingen zijn de raffinage van aardolie in destillatietorens en de productie van sterke dranken [9](#page=9). #### 2.1.3 Scheiden van homogene en heterogene mengsels Sommige technieken kunnen zowel bij homogene als heterogene mengsels worden toegepast: 6. **Extractie**: Deze techniek maakt gebruik van een verschil in oplosbaarheid van de mengselcomponenten in een extractiemiddel. Het extractiemiddel lost specifieke bestanddelen van het mengsel op. Voorbeelden zijn het zetten van koffie en thee, de bereiding van parfum uit plantenextracten, en het winnen van suiker uit suikerbieten of olie uit zaden [10](#page=10). 7. **Adsorptie**: Deze methode berust op het verschil in adsorptiekracht tussen het adsorptiemiddel en de mengselcomponenten, oftewel het verschil in hechting aan het oppervlak. Adsorptiemiddelen zijn vaak poreuze vaste stoffen met een groot oppervlak, zoals actieve kool. Toepassingen zijn het ontkleuren van wijn en het gebruik van filters in waterzuivering [10](#page=10). #### 2.1.4 Het scheidingsschema Voor complexere mengsels die in meerdere stappen gescheiden moeten worden, wordt een scheidingsschema opgesteld [11](#page=11). ### 2.2 Scheiden van zuivere stoffen Zuivere stoffen, die opgebouwd zijn uit één soort moleculen, kunnen verder worden ontleed in eenvoudigere stoffen door middel van chemische reacties. 1. **Chemische ontleding (analysereactie)**: Hierbij wordt een samengestelde zuivere stof opgesplitst in meerdere andere stoffen door bijvoorbeeld verhitting. Een voorbeeld is de verwarming van glucose, waarbij koolstof, water en brandbare gassen ontstaan [14](#page=14). * **Elektrolyse**: Dit is een vorm van chemische ontleding die plaatsvindt door middel van elektrische stroom. Zuiver water geleidt geen stroom, maar kan met toevoeging van zwavelzuur worden ontleed in waterstofgas en zuurstofgas met behulp van het toestel van Hofmann. Hierbij ontstaat aan de ene elektrode zuurstofgas en aan de andere waterstofgas, dat in twee keer groter volume aanwezig is. Dit proces is een analysereactie en moet niet verward worden met het verdampen van water, waarbij de stof water blijft bestaan [14](#page=14). Bij een ontledingsreactie of analysereactie wordt een verbinding opgesplitst in kleinere chemische soorten [15](#page=15). 2. **Synthesereactie**: Dit is het omgekeerde proces van ontleding, waarbij kleinere chemische stoffen worden gecombineerd tot een complexere chemische stof. Een voorbeeld is de productie van polyetheen (PE) door het aan elkaar schakelen van duizenden etheenmoleculen [15](#page=15). --- # Atoombouw en de ontwikkeling van atoommodellen Dit onderwerp volgt de historische evolutie van het atoomconcept, beginnend met de vroege modellen en eindigend met het golfmechanisch model, en behandelt de fundamentele subatomaire deeltjes [18](#page=18). ### 3.1 De ontwikkeling van atoommodellen #### 3.1.1 Het atoommodel van Dalton John Dalton, beschouwd als de vader van de chemische atoomtheorie, stelde dat elementen bestaan uit onzichtbaar kleine, ondeelbare en onvernietigbare atomen die niet veranderen bij chemische of fysische verschijnselen. Hij stelde dat atomen gekenmerkt worden door hun massa en dat er eenvoudige gehele getallenverhoudingen bestaan tussen de aantallen atomen van verschillende elementen in een verbinding. Volgens Dalton konden atomen niet gemaakt of vernietigd worden, een principe dat overeenkomt met het behoud van massa [18](#page=18). #### 3.1.2 Het atoommodel van Thomson Joseph Thomson ontdekte het elektron en suggereerde dat atomen bestaan uit positief geladen materie waarin elektronen zijn ingebed, vergelijkbaar met rozijnen in een "plumpudding". Dit model werd ontwikkeld na experimenten met kathodestralen, die aantoonde dat deze negatief geladen waren [19](#page=19). #### 3.1.3 Het atoommodel van Rutherford Ernest Rutherford voerde een experiment uit met goudfolie en alfastralen. De waarneming dat de meeste alfadeeltjes rechtdoor gingen, maar sommigen sterk werden afgebogen of teruggekaatst, leidde tot de conclusie dat een atoom een kleine, zware, positief geladen atoomkern heeft, met daaromheen een grote, ijle ruimte waarin de elektronen zich bewegen. Bijna de gehele massa van het atoom is geconcentreerd in de kern [20](#page=20). #### 3.1.4 Het atoommodel van Chadwick James Chadwick ontdekte in 1932, na experimenten met beryllium bestraald met alfadeeltjes, het neutron. Hij concludeerde dat deze stralen bestonden uit elektrisch neutrale deeltjes met een massa die vergelijkbaar is met die van een proton. Met de ontdekking van het neutron waren alle elementaire deeltjes van het atoom bekend [22](#page=22) [23](#page=23). #### 3.1.5 De subatomaire deeltjes: protonen, neutronen en elektronen * **Protonen (p+)**: Positief geladen deeltjes in de atoomkern [23](#page=23). * **Neutronen (n0)**: Elektrisch neutrale deeltjes in de atoomkern [23](#page=23). * **Elektronen (e-)**: Negatief geladen deeltjes die rond de kern bewegen [23](#page=23). De relatieve massa van een proton en een neutron wordt gesteld op 1, terwijl de massa van een elektron ongeveer 2000 keer kleiner is en meestal wordt verwaarloosd. De relatieve lading van een proton is +1 en van een elektron is -1 [23](#page=23). #### 3.1.6 Atoomnummer (Z) en massagetal (A) * Het **atoomnummer (Z)** is gelijk aan het aantal protonen in de kern en, voor een neutraal atoom, ook aan het aantal elektronen. Het bepaalt de chemische identiteit van een element [24](#page=24). * Het **massagetal (A)** is de som van het aantal protonen en neutronen in de kern [24](#page=24). De symbolische weergave van een atoom toont het massagetal linksboven en het atoomnummer linksonder, met X als symbool voor het element: $$ \text{A}_X^Z $$ [24](#page=24). #### 3.1.7 Isotopen Isotopen zijn atomen van hetzelfde element (hetzelfde aantal protonen) die een verschillend aantal neutronen hebben, en dus een verschillend massagetal. De isotopenabundantie is het procentueel natuurlijk voorkomen van deze isotopen. Onstabiele kernen met een overmaat aan protonen of neutronen zijn radioactief en zenden straling uit [25](#page=25). #### 3.1.8 Absolute en relatieve atoommassa * De **absolute atoommassa (m)** is de werkelijke massa van één atoom [26](#page=26). * De **relatieve atoommassa (mr)** is een onbenoemd getal dat aangeeft hoe vaak de massa van een atoom groter is dan de atomaire massa-eenheid (u), waarbij 1 u gelijk is aan 1/12 van de massa van een koolstof-12 atoom ($1,66 \times 10^{-27}$ kg) [26](#page=26). #### 3.1.9 Gemiddelde relatieve atoommassa (Ar) De gemiddelde relatieve atoommassa van een element is het gewogen gemiddelde van de relatieve atoommassa's van zijn isotopen, rekening houdend met hun isotopenabundantie. Deze waarde is terug te vinden in het Periodiek Systeem der Elementen [27](#page=27). #### 3.1.10 Het atoommodel van Bohr Niels Bohr stelde dat elektronen niet willekeurig rond de kern bewegen, maar zich bevinden in specifieke banen, schillen of energieniveaus. Elke schil heeft een maximale capaciteit voor elektronen die toeneemt met de afstand tot de kern, volgens de formule $2n^2$ (met een maximum van 32 elektronen). Elektronen op de buitenste schil worden valentie-elektronen genoemd. Als een elektron energie absorbeert, kan het naar een hogere schil "springen" (aangeslagen toestand) en straalt deze energie weer uit als licht (fotonen) bij terugkeer naar de oorspronkelijke schil, wat leidt tot fluorescentie of fosforescentie [29](#page=29) [30](#page=30). #### 3.1.11 Het atoommodel van Sommerfeld en anderen Arnold Sommerfeld verfijnde Bohr's model door de hoofdniveaus verder op te delen in subniveaus (s, p, d, f). Elk subniveau kan worden opgedeeld in magnetische niveaus, bepaald door het magnetisch kwantumgetal ($m$). G. Uhlenbeck en S. Goudsmit voegden het spinkwantumgetal ($s$) toe, waarbij elektronen rond hun eigen as draaien, hetzij in wijzerzin ($+1/2$) of tegengesteld ($ -1/2 $). Per magnetisch niveau kunnen maximaal twee elektronen met tegengestelde spin voorkomen [31](#page=31). * **s-subniveau**: ℓ=0, max. 2 elektronen [31](#page=31). * **p-subniveau**: ℓ=1, max. 6 elektronen [31](#page=31). * **d-subniveau**: ℓ=2, max. 10 elektronen [31](#page=31). * **f-subniveau**: ℓ=3, max. 14 elektronen [31](#page=31). #### 3.1.12 Elektronenconfiguratie volgens het Aufbauprincipe Het Aufbauprincipe, geformuleerd door Sommerfeld en Pauli, beschrijft hoe elektronen verdeeld moeten worden over de subniveaus op basis van de diagonaalregel en regels voor het vullen van orbitalen [37](#page=37). * **Regel 1**: Bepaal het aantal elektronen via het atoomnummer (Z) [37](#page=37). * **Regel 2**: Gebruik de diagonaalregel om de volgorde van subniveaus qua energie te bepalen [37](#page=37). * **Regel 3**: Vul de subniveaus van links naar rechts, waarbij een subniveau volledig gevuld moet zijn voordat het volgende subniveau wordt gevuld [38](#page=38). * **Regel 4**: Elk orbitaal (hokje) kan maximaal 2 elektronen bevatten met tegengestelde spin (elektronenpaar) [38](#page=38). * **Regel 5 (Regel van Hund)**: In een subniveau worden eerst de hokjes met één elektron gevuld voordat er paren worden gevormd [38](#page=38). * **Regel 6**: Halfgevulde en volledig gevulde d- en f-subniveaus zijn stabieler, wat kan leiden tot inversie bij sommige B-groep metalen [38](#page=38). * **Regel 7**: Sommige elementen vertonen afwijkende elektronenconfiguraties [38](#page=38). #### 3.1.13 Het golfmechanisch atoommodel Het onzekerheidsprincipe van Heisenberg stelde grenzen aan de gelijktijdige bepaling van plaats en snelheid van een deeltje. Dit leidde Erwin Schrödinger tot het ontwikkelen van het concept van orbitalen, gebieden waarbinnen een elektron zich 90% van de tijd bevindt [39](#page=39). * Het hoofdkwantumgetal ($n$) bepaalt de energie-inhoud en de omvang van het orbitaal [39](#page=39). * Het nevenkwantumgetal ($\ell$) bepaalt de vorm van het orbitaal (s = bolvormig, p = haltervormig) [39](#page=39). * Het magnetisch kwantumgetal ($m$) bepaalt de oriëntatie van het orbitaal ten opzichte van een willekeurige richting. Voor $\ell=1$ (p-subniveau) zijn er 3 mogelijke oriëntaties (px, py, pz) [40](#page=40). ### 3.2 Stofeigenschappen Zuivere stoffen worden gekenmerkt door hun fysische (niet-veranderende chemische identiteit) en chemische (veranderende chemische identiteit) eigenschappen. Voorbeelden van fysische eigenschappen zijn aggregatietoestand, smeltpunt en dichtheid. Chemische eigenschappen omvatten reacties zoals oxidatie [13](#page=13). ### 3.3 Moleculen en atomen Moleculen zijn de kleinste deeltjes die de chemische identiteit van een zuivere stof bezitten en worden voorgesteld door chemische formules. Sommige moleculen bestaan uit één atoomsoort (enkelvoudig, bv. O2), andere uit meerdere atoomsoorten (samengesteld, bv. H2O). Een zuivere stof kan soms nog verder ontleedbaar zijn in verschillende atomen [12](#page=12). --- # Het periodiek systeem der elementen en chemisch gedrag Dit onderwerp verklaart de structuur en organisatie van het periodiek systeem der elementen (PSE), inclusief periodes, groepen en blokken, en hoe de plaatsing hierin verband houdt met metaal-/niet-metaalkarakter en elektronegativiteit, wat het chemisch gedrag bepaalt. ### 4.1 Structuur van het periodiek systeem der elementen (PSE) Het periodiek systeem der elementen (PSE), ook wel de tabel van Mendelejev genoemd, is een classificatie van chemische elementen gebaseerd op hun atoomnummer, elektronenconfiguratie en terugkerende chemische eigenschappen. Dimitri Mendelejev wordt beschouwd als een pionier in de ordening van elementen [41](#page=41). #### 4.1.1 Periodes * Horizontale rijen in het PSE worden periodes genoemd [41](#page=41). * Er zijn 7 hoofdperiodes, die overeenkomen met het aantal hoofdniveaus of schillen rond de atoomkern (maximaal 7 schillen). Een nieuwe periode begint wanneer de elektronenconfiguratie een nieuwe schil begint [41](#page=41). * Daarnaast zijn er 2 nevenperiodes: de lanthaniden en de actiniden [41](#page=41). #### 4.1.2 Groepen * Verticale kolommen in het PSE worden groepen genoemd [41](#page=41). * Er zijn 8 hoofdgroepen (a-groepen) die het aantal valentie-elektronen (elektronen op de buitenste schil) aangeven. Elementen in dezelfde groep vertonen vergelijkbare chemische eigenschappen vanwege hetzelfde aantal valentie-elektronen [41](#page=41). * Er zijn 10 nevengroepen (b-groepen) [41](#page=41). **Voorbeelden van plaatsing en elektronenconfiguratie:** * Lithium (Li) heeft de elektronenconfiguratie $1s^2 2s^1$. Het bevindt zich in periode 2, groep Ia, en heeft één valentie-elektron in de L-schil [41](#page=41). * Calcium (Ca) heeft de elektronenconfiguratie $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^2$. Het bevindt zich in periode 4, groep IIa, en heeft twee valentie-elektronen in de N-schil [41](#page=41). #### 4.1.3 Blokken Het PSE kan worden onderverdeeld in blokken op basis van het subniveau waarin de laatst toegevoegde elektronen terechtkomen [43](#page=43) [48](#page=48). * **s-blok:** Groep Ia en IIa [43](#page=43). * **p-blok:** Groep IIIa t.e.m. VIIa [43](#page=43). * **d-blok:** Bevat de overgangselementen (nevengroepen/b-groepen) [48](#page=48). * **f-blok:** Bevat de lanthaniden en actiniden, geplaatst onderaan het PSE [48](#page=48). ### 4.2 Metaal- en niet-metaalkarakter Het metaal- of niet-metaalkarakter van een element beschrijft de neiging om elektronen af te staan (metaal) of op te nemen/aan te trekken (niet-metaal) in chemische bindingen [42](#page=42). #### 4.2.1 Elektronegativiteitswaarde (ENW) De elektronegativiteitswaarde (ENW of EN-waarde) kwantificeert dit karakter [42](#page=42). * **Lage ENW:** Sterk metaalkarakter, zwak niet-metaalkarakter. Elementen met 1, 2 of 3 valentie-elektronen gedragen zich doorgaans als metalen [42](#page=42). * **Hoge ENW:** Sterk niet-metaalkarakter, zwak metaalkarakter. Elementen met 4, 5, 6 of 7 valentie-elektronen gedragen zich doorgaans als niet-metalen [42](#page=42). * **Uitzondering:** Waterstof (H) is een niet-metaal met slechts één valentie-elektron [42](#page=42). **Trends in ENW in het PSE:** * **Per periode:** De ENW neemt toe van links naar rechts [42](#page=42). * **Per groep:** De ENW neemt af van boven naar beneden [42](#page=42). * **Conclusie:** De sterkste metaalelementen bevinden zich linksonder (bv. Cs), en de sterkste niet-metaalelementen rechtsboven (bv. F) [42](#page=42). Elementen in groep VIII (edelgassen) hebben geen EN-waarden omdat ze geen chemische bindingen aangaan en dus geen neiging hebben om elektronen af te staan of op te nemen [42](#page=42). ### 4.3 Chemisch gedrag per groep #### 4.3.1 De hoofdgroepen (a-groepen) Hoofdelementen komen voor in het s- en p-blok. Hun 'chemisch ideaal' is het bereiken van de elektronenconfiguratie van het dichtstbijzijnde edelgas: een $s^2p^6$ configuratie (octetconfiguratie). Voor H, Li en Be geldt een $s^2$ configuratie (duet) [43](#page=43). * **Groep Ia: Alkalimetalen** (bv. Li, Na, K) * Valentieschilconfiguratie: $s^1$ [43](#page=43). * Zeer lage ENW; sterke metaalelementen met hoge chemische reactiviteit [43](#page=43). * Staan altijd 1 elektron af en vormen éénwaardig positieve ionen (bv. Li$^+$, Na$^+$) [43](#page=43). * Voorbeelden van verbindingen: NaCl, K$_2$O, Na$_2$CO$_3$ [43](#page=43). * Chemisch zeer reactief; reageren snel met zuurstof en water [43](#page=43). * Moeten onder olie bewaard worden om reactie met lucht te voorkomen [43](#page=43). * Goede elektrische en thermische geleiders [44](#page=44). * **Opmerking: Waterstof (H)** * Heeft configuratie $1s^1$, wat lijkt op groep Ia [44](#page=44). * Gedraagt zich echter als een niet-metaal en wordt daarom soms bij de niet-metalen geplaatst [44](#page=44). * Vormt diwaterstof (H$_2$) als enkelvoudige stof [44](#page=44). * Bereikt de He-configuratie ($1s^2$) door 1 covalente binding te vormen in samengestelde stoffen, zoals zuren (bv. HCl) [44](#page=44). * **Groep IIa: Aardalkalimetalen** (bv. Be, Mg, Ca) * Valentieschilconfiguratie: $s^2$ [44](#page=44). * Lage ENW; sterke metalen [44](#page=44). * Staan altijd 2 elektronen af en vormen tweewaardig positieve ionen (bv. Mg$^{2+}$, Ca$^{2+}$) [44](#page=44). * Voorbeelden van verbindingen: MgCl$_2$, CaO, CaCO$_3$ [44](#page=44). * Chemisch reactief (bv. verbranding van magnesium, reactie van calcium met water) [44](#page=44). * Oxiden zijn basisch [44](#page=44). * Zouten lossen over het algemeen minder goed op in water dan die van alkalimetalen [44](#page=44). * **Groep IIIa: Boorgroep** (bv. B, Al) * Valentieschilconfiguratie: $s^2p^1$ [45](#page=45). * Aluminium (Al) gedraagt zich als een metaal door 3 elektronen af te staan en het aluminiumion (Al$^{3+}$) te vormen, met de elektronenconfiguratie van neon [45](#page=45). * Voorbeeld: AlCl$_3$ [45](#page=45). * **Groep IVa: Koolstofgroep** (bv. C, Si) * Valentieschilconfiguratie: $s^2p^2$ [45](#page=45). * Koolstof (C) is een niet-metaal (ENW = 2,5) [45](#page=45). * Bereikt de octetconfiguratie door het vormen van vier covalente bindingen met andere niet-metalen [45](#page=45). * Voorbeelden: CH$_4$, CO$_2$, C$_2$H$_6$O [45](#page=45). * Koolstof komt voor als enkelvoudige stoffen zoals grafiet en diamant [45](#page=45). * **Groep Va: Stikstofgroep** (bv. N, P) * Valentieschilconfiguratie: $s^2p^3$ [45](#page=45). * N en P zijn niet-metalen (N sterk, P zwakker niet-metaal) [45](#page=45). * Vormen 3 covalente bindingen met andere niet-metalen om de $s^2p^6$-configuratie te bereiken [45](#page=45). * Voorbeelden: NH$_3$, NO$_2$ [45](#page=45). * **Groep VIa: Zuurstofgroep** (bv. O, S) * Valentieschilconfiguratie: $s^2p^4$ [46](#page=46). * O en S zijn niet-metalen (O zeer sterk, S zwakker niet-metaal) [46](#page=46). * Nemen 2 elektronen op of vormen 2 covalente bindingen om de octetconfiguratie te bereiken [46](#page=46). * Voorbeelden ionverbinding: Na$_2$O, Al$_2$O$_3$ [46](#page=46). * Voorbeelden atoomverbinding: H$_2$O, CO$_2$, CH$_3$COOH [46](#page=46). * Zuurstofgas (O$_2$) en ozon (O$_3$) zijn enkelvoudige stoffen [46](#page=46). * **Groep VIIa: Halogenen** (bv. F, Cl, Br, I) * Valentieschilconfiguratie: $s^2p^5$ [46](#page=46). * Sterke niet-metaalelementen (sterkte neemt af bij stijgend periodenummer) [46](#page=46). * Nemen 1 elektron op of vormen 1 covalente binding om de $s^2p^6$-configuratie te bereiken [46](#page=46). * Voorbeelden ionverbinding: NaCl, KI, MgBr$_2$ [46](#page=46). * Voorbeelden atoomverbinding: HCl, HBr, HCN [46](#page=46). * Komen voor als diatomische moleculen (F$_2$, Cl$_2$, Br$_2$, I$_2$) [46](#page=46). * **Groep O: Edelgassen** (bv. He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) * Bezitten de stabiele $s^2p^6$-configuratie (He: $s^2$) [46](#page=46). * Reageren niet of nauwelijks met andere stoffen omdat ze geen elektronen beschikbaar hebben voor bindingen [46](#page=46). * Komen mono-atomisch voor in de natuur [46](#page=46). * Bekende edelgassen met hun eigenschappen: * Helium (He, atoomnummer 2): licht, inert gas [47](#page=47). * Neon (Ne, atoomnummer 10): gebruikt in borden, lasers, koelmiddel; gloeit bij opwinding [47](#page=47). * Argon (Ar, atoomnummer 18): gebruikt in lasers, creëert inerte atmosfeer [47](#page=47). * Krypton (Kr, atoomnummer 36): dicht, kleurloos, inert gas; gebruikt in lasers en lampen [47](#page=47). * Xenon (Xe, atoomnummer 54): inert, niet-giftig; gebruikt in xenonlampen [47](#page=47). * Radon (Rn, atoomnummer 86): zwaar edelgas, radioactief [47](#page=47). * Oganesson (Og, atoomnummer 118): extreem radioactief, mogelijk reactiever dan andere edelgassen [47](#page=47). #### 4.3.2 De nevengroepen (b-groepen) * Ook wel overgangselementen genoemd [48](#page=48). * De laatst toegevoegde elektronen bevinden zich meestal in het d-subniveau [48](#page=48). * Bevinden zich in het d-blok van het PSE [48](#page=48). * Stabiliteitsregels zijn complexer dan bij hoofdelementen [48](#page=48). * Hebben overwegend metaalkarakter; komen voor in een metaalrooster (bv. Fe, Ni, Cu, Zn, Ag, Cd, Au, Hg) [48](#page=48). * Chemisch zwakkere metalen dan de a-groep metalen (hogere ENW) [48](#page=48). * Er bestaat een omgekeerd verband tussen de 'edelheid' van een metaal (als stof) en de chemische reactiviteit van het metaalelement (lagere ENW = hogere reactiviteit = onedeler metaal) [48](#page=48). #### 4.3.3 De lanthaniden en actiniden * Geplaatst in een apart blok onderaan het PSE (f-blok) [48](#page=48). * Lanthaniden: elementen 58-71, na lanthaan (Z=57) [48](#page=48). * Actiniden: elementen 90-103, na actinium (Z=89) [48](#page=48). * Laatst toegevoegde elektronen bevinden zich in de 4f (lanthaniden) of 5f (actiniden) subniveaus [48](#page=48). * Deze elementen zijn zeldzaam, met uitzondering van uranium (U) dat gebruikt wordt voor kernsplijting [48](#page=48). ### 4.4 Gemiddelde relatieve atoommassa De gemiddelde relatieve atoommassa ($A_r$) van een element is de som van de relatieve atoommassa's van zijn isotopen, gewogen naar hun abundantie. Deze waarde is terug te vinden in het periodiek systeem der elementen [27](#page=27). **Voorbeeld:** Lithium (Li) heeft een gemiddelde relatieve atoommassa van ongeveer 6,94 [27](#page=27). ### 4.5 Symbolen en namen van elementen Elk atoomsoort (element) heeft een naam en wordt voorgesteld door een chemisch symbool. Een symbool begint met een hoofdletter, eventueel gevolgd door een kleine letter. De eerste letter is de eerste letter van de Griekse of Latijnse naam van het element, en de tweede letter is een andere letter uit die naam. Elementen kunnen vernoemd zijn naar personen, plaatsen, planeten of eigenschappen [16](#page=16). > **Tip:** Voor het examen moeten de elementen in het vet op de tabel in beide richtingen gekend zijn [16](#page=16). **Voorbeeld uit het document:** * Chroom: Cr * Radon: Rn * Kwik: Hg * Cadmium: Cd * Boor: B * Broom: Br * Beryllium: Be * Tin: Sn [51](#page=51). --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Materie | Alles wat ruimte inneemt en een massa heeft. Het universum is opgebouwd uit materie, die kan voorkomen in vaste, vloeibare of gasvormige aggregatietoestanden. | | Mengsel | Een substantie die is opgebouwd uit verschillende stofsoorten of moleculesoorten. Mengsels kunnen homogeen, heterogeen of colloïdaal zijn, afhankelijk van de grootte van de deeltjes van de componenten. | | Zuivere stof | Een substantie die bestaat uit slechts één stofsoort of moleculesoort. Zuivere stoffen kunnen worden gekenmerkt door hun specifieke fysische en chemische eigenschappen. | | Aggregatietoestanden | De verschillende vormen waarin materie kan voorkomen: vast, vloeibaar of gasvormig. De overgang tussen deze toestanden wordt beïnvloed door temperatuur en druk. | | Stofeigenschappen | Kenmerken van een stof die haar identiteit definiëren en waarmee ze waargenomen of onderzocht kan worden zonder haar chemische identiteit te veranderen. Voorbeelden zijn massadichtheid, smeltpunt en oplosbaarheid. | | Homogeen mengsel | Een mengsel waarbij de componenten niet met het blote oog of enig optisch instrument te onderscheiden zijn. Deze mengsels zijn doorgaans doorzichtig. Voorbeelden zijn oplossingen en gasmengsels. | | Heterogeen mengsel | Een mengsel waarbij de componenten met het blote oog of met een lichtmicroscoop te onderscheiden zijn. Deze mengsels zijn vaak ondoorschijnend. Voorbeelden zijn grof mengsels, suspensies en emulsies. | | Colloïdaal mengsel | Een mengsel waarbij de deeltjesgrootte tussen die van homogene en heterogene mengsels ligt. De deeltjes zijn niet met het blote oog of een lichtmicroscoop te zien, maar wel met een elektronenmicroscoop. | | Scheidingstechniek | Een methode die wordt gebruikt om een mengsel te scheiden in zijn afzonderlijke componenten. Deze technieken maken gebruik van verschillen in fysische eigenschappen zoals deeltjesgrootte, dichtheid, oplosbaarheid of kookpunt. | | Molecule | Het kleinst mogelijke deeltje dat typisch is voor de samenstelling van een zuivere stof en dat nog steeds de volledige chemische identiteit van die stof bezit. Moleculen zijn opgebouwd uit atomen. | | Atoom | De fundamentele bouwsteen van materie, bestaande uit een kern (protonen en neutronen) en elektronen die rond de kern bewegen. Verschillende soorten atomen definiëren de chemische elementen. | | Atoomnummer (Z) | Het aantal protonen in de kern van een atoom. Dit getal bepaalt het element en is voor een neutraal atoom gelijk aan het aantal elektronen. | | Massagetal (A) | Het totale aantal protonen en neutronen in de kern van een atoom. Het bepaalt mede de massa van het atoom. | | Isotopen | Atomen van hetzelfde element die een verschillend aantal neutronen hebben, waardoor hun massagetal varieert, maar hun atoomnummer gelijk blijft. | | Relatieve atoommassa (Ar) | Een getal dat aangeeft hoeveel keer de massa van een gemiddeld atoom van een element groter is dan de atomaire massa-eenheid. Dit getal wordt gebruikt in het periodiek systeem. | | Periodiek systeem der elementen (PSE) | Een tabel waarin de chemische elementen zijn geordend op basis van hun atoomnummer, elektronenconfiguratie en terugkerende chemische eigenschappen. Het PSE is ingedeeld in periodes en groepen. | | Groep (in PSE) | Een verticale kolom in het periodiek systeem. Elementen in dezelfde groep hebben doorgaans vergelijkbare chemische eigenschappen vanwege een vergelijkbaar aantal valentie-elektronen. | | Periode (in PSE) | Een horizontale rij in het periodiek systeem. Elementen in dezelfde periode hebben opeenvolgende atoomnummers en tonen trends in hun eigenschappen. | | Metaalkarakter | De neiging van een element om elektronen af te staan in chemische bindingen. Elementen met een laag metaalkarakter zijn over het algemeen reactiever. | | Niet-metaalkarakter | De neiging van een element om elektronen op te nemen of aan te trekken in chemische bindingen. Elementen met een hoog niet-metaalkarakter zijn over het algemeen elektronegatief. | | Elektronegativiteit (ENW) | Een maat voor de neiging van een atoom om elektronen aan te trekken in een chemische binding. Hogere waarden duiden op een sterker niet-metaalkarakter. | | Valentie-elektronen | De elektronen in de buitenste schil van een atoom. Deze spelen een cruciale rol bij chemische reacties en het vormen van bindingen. | | Edelgasconfiguratie | De stabiele elektronenconfiguratie die overeenkomt met die van de edelgassen, gekenmerkt door een volledig gevulde buitenste schil (meestal s²p⁶). Atomen streven ernaar deze configuratie te bereiken om stabieler te worden. | | Kwantumgetallen | Getallen die de eigenschappen van elektronen in atomen beschrijven, zoals hun energieniveau (hoofdkwantumgetal n), de vorm van hun orbitaal (nevenkwantumgetal ℓ), de oriëntatie van het orbitaal (magnetisch kwantumgetal m) en hun spin (spinkwantumgetal s). | | Orbitaal | Een driedimensionale regio rond de kern van een atoom waar de kans om een elektron aan te treffen het grootst is (meestal 90%). Orbitalen hebben specifieke vormen en energieën. | | Elektrolyse | Een proces waarbij elektrische stroom wordt gebruikt om een chemische verbinding te ontleden in zijn componenten. Dit is een vorm van chemische ontleding. | | Synthese(reactie) | Een chemische reactie waarbij twee of meer eenvoudigere stoffen worden gecombineerd om een complexere stof te vormen. Dit is het omgekeerde van een ontledingsreactie. | | Analyse(reactie) of Ontledingsreactie | Een chemische reactie waarbij een verbinding wordt opgesplitst in twee of meer eenvoudigere stoffen. | | Massadichtheid | De massa per volume-eenheid van een stof. Het is een belangrijke fysische eigenschap die wordt gebruikt bij de identificatie en scheiding van stoffen. | | Oplosbaarheid | De mate waarin een stof (de opgeloste stof) kan oplossen in een oplosmiddel om een homogene oplossing te vormen. | | Kookpunt | De temperatuur waarbij de dampdruk van een vloeistof gelijk is aan de omgevingsdruk, waardoor de vloeistof kookt en overgaat in gasvorm. | | Smeltpunt | De temperatuur waarbij een vaste stof overgaat in een vloeistof. | | Chemische binding | De aantrekking tussen atomen die ervoor zorgt dat ze samengevoegd worden tot moleculen of kristallijne structuren. Dit kan op verschillende manieren gebeuren, zoals covalente binding, ionbinding of metaalbinding. | | Ion | Een atoom of molecuul dat een elektrische lading heeft doordat het elektronen heeft opgenomen (negatief ion of anion) of afgestaan (positief ion of kation). | | Covalente binding | Een chemische binding waarbij twee atomen elektronen met elkaar delen om een stabiele elektronenconfiguratie te bereiken. | | Extractiemiddel | Een vloeistof die wordt gebruikt om specifieke componenten uit een mengsel op te lossen en te scheiden, gebaseerd op verschil in oplosbaarheid. | | Adsorptiemiddel | Een materiaal, vaak een vaste stof met een groot oppervlak, dat andere stoffen aan zijn oppervlak kan binden. | | Diamagnetisme | Een eigenschap van materialen die worden afgestoten door een extern magnetisch veld. Dit komt doordat de atomen of ionen geen ongepaarde elektronen hebben. | | Paramagnetisme | Een vorm van magnetisme waarbij een materiaal zwak wordt aangetrokken door een extern magnetisch veld. Dit treedt op wanneer atomen of ionen ongepaarde elektronen hebben. | | Ferromagnetisme | Een sterke vorm van magnetisme waarbij materialen permanent magnetisch worden gemaakt door de uitlijning van hun atomaire magnetische momenten. |