2.3D: Scheidingstheorie

Algemene theorie

TLC is een uitstekend analytisch instrument voor het scheiden van mengsels in een monster. In deze paragraaf worden de details van de scheiding besproken, en wordt de algemene discussie van paragraaf 2.1.B.

In alle vormen van chromatografie equilibreren monsters tussen stationaire en mobiele fasen. In bijna alle toepassingen van TLC is de stationaire fase een adsorptiemiddel van silica of aluminiumoxide en de mobiele fase een organisch oplosmiddel of oplosmiddelenmengsel (het “eluent”) dat langs de plaat opstijgt (vergelijking 3).

Silicagel (afgebeeld in figuur 2.16) bestaat uit een netwerk van silicium-zuurstofbindingen, met aan het oppervlak bindingen van silicium-zuurstof (O-H) en een laag watermoleculen. Silicagel wordt in deze bespreking gebruikt, maar is structureel analoog aan aluminiumoxide. Deze zeer polaire stationaire fase wordt gekoppeld aan een relatief apolaire mobiele fase (een organisch oplosmiddel of een organische oplossing), in wat wordt aangeduid als “normale fase” TLC. Hoewel dit de meest gebruikelijke vorm van TLC is (en waarop in dit deel de nadruk zal worden gelegd), wordt soms ook “omgekeerde fase” TLC (met een apolaire stationaire fase en een polaire mobiele fase) gebruikt.

Figuur 2.16 laat zien hoe acetofenon zich aan het oppervlak van silicagel zou hechten door middel van intermoleculaire krachten (IMF’s). In dit geval kan acetofenon via zijn zuurstofatoom een waterstofbinding (de IMF aangegeven in figuur 2.16a) aangaan met het siliciumoppervlak. Terwijl het eluent over het monster stroomt (figuur 2.16b), wordt een evenwicht tot stand gebracht tussen het monster dat aan de stationaire fase wordt geadsorbeerd en het monster dat in de mobiele fase wordt opgelost. In de mobiele fase beweegt de verbinding met de vloeistofstroom mee omhoog (figuur 2.16c) om later verderop in de plaat aan de stationaire fase te adsorberen. De resulterende waarde van de verbinding is afhankelijk van de tijd die de verbinding in de stationaire en de mobiele fase heeft doorgebracht.

De evenwichtsverdeling tussen de twee fasen hangt af van verschillende factoren:

1. Het hangt af van de sterkte van de intermoleculaire krachten tussen het monster en de stationaire fase.
   Een verbinding die sterke IMF’s vormt met het silica of aluminiumoxide zal vaak de voorkeur geven aan de stationaire fase, en zal een groot deel van de elutietijd aan de plaat kleven. Dit betekent dat de verbinding minder tijd doorbrengt in de mobiele fase (die de enige manier is om de plaat op te gaan), waardoor ze laag op de TLC-plaat terechtkomt en een lage waarde heeft.
   Verbindingen met zuurstof- of stikstofatomen moeten een waterstofbrug kunnen vormen met de stationaire fase (sterke IMF’s hebben met de stationaire fase), en zullen dus lagere waarden hebben dan verbindingen van vergelijkbare grootte die alleen via London dispersiekrachten (LDF’s) met elkaar kunnen reageren.
2. Het hangt af van de sterkte van de interactie tussen het monster en de mobiele fase.
   Aangezien de mobiele fase bij normale fase TLC altijd minder polair is dan de stationaire fase, zullen polaire verbindingen een geringere affiniteit voor de mobiele fase hebben dan apolaire verbindingen (op basis van het principe “gelijksoortig lost gelijksoortig op”). Daarom zullen polaire verbindingen minder elutietijd in de mobiele fase doorbrengen dan apolaire verbindingen, dus zullen zij “langzamer” de plaat opgaan en een lage waarde hebben.

De mate van aantrekking van een verbinding op de stationaire en mobiele fase leidt tot dezelfde conclusie:

• Hoe sterker IMF’s mogelijk zijn met de stationaire fase (vaak hoe meer polaire functionele groepen op een verbinding), hoe langer de verbinding stationair zal zijn \(R_f\) lager \(R_f\).
• Hoe meer polaire functionele groepen een verbinding heeft, hoe minder deze wordt aangetrokken door het minder polaire eluent, en hoe minder lang de verbinding mobiel is.

Dus, een verbinding met een lagere \(R_f) heeft meestal meer polaire functionele groepen dan een verbinding met een hogere \(R_f) (samengevat in figuur 2.17).