hoofdstuk 7 scheidingsmethoden
Drie belangrijkste principes waarop scheidingsmethoden berusten beschrijven en Enkele
methoden noemen ter ontsluiting, zuivering en analyse van milieumonsters
● Drie belangrijkste principes
- Scheiding op grond van verdeling van verbindingen tussen twee fasen
- Scheiding op grond van verschil in grootte of vorm van de moleculen of deeltjes
- Scheiding op grond van beweging van ionen, moleculen of deeltjes in een
krachtveld, zoals een elektrisch veld of zwaartekracht
● Eerste twee principes zeer veel gebruikt, vaak direct tijdens monstername,
ontsluiting en zuivering van de te analyseren stoffen
- Belangrijkste groep van technieken gebruikt voor zuivering en analyse van
organische stoffen is de chromatografie
De diverse methoden van extractie beschrijven en de betekenis van de verdelingswet van
Nernst hierbij aangeven
● Extractie is meestal eerste stap van de monsterbehandeling nadat het monster is
genomen
- Doel = te analyseren stoffen te isoleren van de bulk (relatief homogene
bestandsdeel van de monstermatrix)
● Bij extractie maken we gebruik van verschil in verdeling van verbindingen tussen
twee fasen. Deze fasen bestaan uit de volgende combinaties
- In geval van gas-vaste stof en vloeistof-vaste stof verdeelt een verbinding zich
tussen een gas of vloeistoffase en het oppervlak van een vaste stof = adsorptie
- in het geval van de combinaties gas-vloeistof en vloeistof-vloeistof lossen de
verbindingen op in de vloeistoffase = absorptie
- bij adsorptiesystemen is de vaste stof ondoordringbaar voor de verbindingen en
kan de verbinding zich alleen aan de buitenkant van de fase bevinden aan het
oppervlak
● de meeste gebruikte extractiemethoden in de milieuchemie zijn de vloeistof-
vloeistofextractie en de vloeistof-vastestofextractie
- beide zijn op verdeling gebaseerd: de te analyseren stof verdeelt zich over
respectievelijk twee niet mengbare vloeistoffen of over vloeistof en een vaste stof
● betekenis verdelingswet van Nernst:
- in een glazen vat bevinden zich twee niet-mengbare vloeistoffen ook wel fasen
genoemd. een hoeveelheid van een mengsel van twee stoffen i en j voegen we
toe aan een van de vloeistoffen 🡪 na schudden van het vat zal er stoftransport
vanuit fase b naar a zijn opgetreden als gevolg van diffusie
, o diffusie = moleculen zich verplaatsen door thermische beweging van hoge
naar lage concentratie
- na verloop van tijd stelt zich een evenwicht in waarbij vanuit a naar b evenveel
wordt getransporteerd als vanuit b naar a 🡪 gemiddeld in de tijd is het aantal
moleculen in een stof = dynamisch evenwicht
- hoeveelheden van stof i die zich in de beide fase bevindt, verschilt van die van
stof j, onder meer door verschil in oplosbaarheid van beide stoffen in de twee
fasen
- voegen we weer wat van stoffen i en j toe dan neemt in beide fase de
hoeveelheid van de stoffen toe, maar de verhouding van deze hoeveelheden of
concentraties blijft hetzelfde = verdelingscoëfficiënt Ki
o cb en ca = concentraties van stof i in beide fasen in mol/L
o n = constante
● bij verdeling tussen twee vloeistoffen is n ongeveer gelijk aan 1 waardoor de
vergelijking overgaat in de verdelingswet van Nernst 🡪 bij verdunde oplossingen is
de concentratie verhouding constant:
- in een vloeistof-vloeistofsysteem is er een lineairverband
● bij verdeling tussen een vloeistof en een vaste stof is n meestal kleiner (tusen 0,2 en
0,7) 🡪 in grafiek beide concentraties van stof i in beide fase uitgezet dan krijgen een
curve te zien die verdelingsisotherm heet
- de richtingscoëfficiënt van de isotherm is gelijk aan de verdeling
verdelingscoëfficiënt
- waarde van verdelingscoëfficiënt wordt bepaald door de aard van de stof, aard
van beide fasen en de temperatuur
- in vloeistof-vastestofsysteem heeft de verdelingsisotherm meestal een kromme
vorm door verzadiging van het oppervlak van de vaste stof bij hogere
concentraties
● verdelingswet van Nernst geldt dus alleen voor verdunde oplossingen
- bij lage concentraties van de stof in beide fasen is de helling constant en geldt de
wet van Nernst
- bij hogere concentraties buigt de isotherm echter naar beneden of naar boven af
🡪 verdelingscoëfficiënt niet langer constant maar hangt af van concentratie van
de stof
- afbuiging ontstaat doordat de oplossingen zo geconcentreerd zijn dat de
stofmoleculen ook onderling interactie gaan vertonen en voorkeur voor een fase
krijgen
, - deze onderlinge interactie treedt niet op in verdunde oplossingen omdat de
stofmoleculen in hun omgeving voornamelijk oplosmiddelmoleculen zien
● vloeistof-vloeistofextractie wordt vooral voor watermonster gebruikt
- door een niet met water mengbare organische vloeistof aan een watermonster
toe te voegen, te schudden en enige tijd te laten staan, 🡪 aanwezige stoffen die
goed oplossen in een organisch oplosmiddel voor een groot deel in de organische
fase gaan
- organische zuren geëxtraheerd door monsterextract te schudden met basische
waterige oplossing 🡪 organische zuren gedeprotoneerd en lossen op in
waterfase: zure fractie gescheiden van basische/neutrale fractie
- selectieve extractie voeren we uit als we willen weten in welke species een stof
aanwezig is
● vloeistof-vastestofextractie is de meest toegepaste extractietechniek voor organische
stoffen 🡪 soxhlet-extractie, adsorptiechromatografie en vastfase-extractie
- industriële toepassing extractie van olie uit zaden, noten of bonen met behulp
van organische oplosmiddelen of zuivering drinkwater met actieve koolstof 🡪
haalt schadelijke stoffen eruit door adsorptie
● gas-vloeistofextractie
- oplossing van vluchtige stof in afgesloten vat in contact gebracht met een beetje
lucht 🡪 evenwicht ontstaat tussen opgeloste fase en damp
- lucht boven de vloeistof met damp kunnen we opzuigen in een injectienaald en
analyseren met gaschromatograaf = headspace analyse
Verschil aangeven tussen filtratie, ultrafiltratie en dialyse
● een membraan kan worden gebruikt om de te analyseren stoffen te scheiden van
oplosmiddel of bulkmoleculen
- scheiding is gebaseerd op verschil in transportsnelheid van de stoffen door
membraan, die onder meer afhankelijk is van molecuul of deeltjes grootte
● bij filtratie wordt een membraan of filter gebruikt om vaste deeltjes van een vloeistof
te scheiden
- vaste deeltjes te groot en kunnen niet door openingen van filter passeren
- vaak wordt de stroming door het membraan veroorzaakt door de druk die de
vloeistofkolom boven het membraan uitoefent = hydrostatische druk 🡪 bij
kleinere openingen meer druk om te versnellen, door andere kant vacuüm te
zuigen
● bij ultrafiltratie en nanofiltratie worden membranen met zeer kleine openingen
gebruikt, waardoor ook losse moleculen op grond van hun grootte het membraan
niet kunnen passeren
- moleculen of deeltjes kleiner dan 100 nm uitfilteren
- groot drukverschil nodig om oplossing door membraan te laten stromen
Drie belangrijkste principes waarop scheidingsmethoden berusten beschrijven en Enkele
methoden noemen ter ontsluiting, zuivering en analyse van milieumonsters
● Drie belangrijkste principes
- Scheiding op grond van verdeling van verbindingen tussen twee fasen
- Scheiding op grond van verschil in grootte of vorm van de moleculen of deeltjes
- Scheiding op grond van beweging van ionen, moleculen of deeltjes in een
krachtveld, zoals een elektrisch veld of zwaartekracht
● Eerste twee principes zeer veel gebruikt, vaak direct tijdens monstername,
ontsluiting en zuivering van de te analyseren stoffen
- Belangrijkste groep van technieken gebruikt voor zuivering en analyse van
organische stoffen is de chromatografie
De diverse methoden van extractie beschrijven en de betekenis van de verdelingswet van
Nernst hierbij aangeven
● Extractie is meestal eerste stap van de monsterbehandeling nadat het monster is
genomen
- Doel = te analyseren stoffen te isoleren van de bulk (relatief homogene
bestandsdeel van de monstermatrix)
● Bij extractie maken we gebruik van verschil in verdeling van verbindingen tussen
twee fasen. Deze fasen bestaan uit de volgende combinaties
- In geval van gas-vaste stof en vloeistof-vaste stof verdeelt een verbinding zich
tussen een gas of vloeistoffase en het oppervlak van een vaste stof = adsorptie
- in het geval van de combinaties gas-vloeistof en vloeistof-vloeistof lossen de
verbindingen op in de vloeistoffase = absorptie
- bij adsorptiesystemen is de vaste stof ondoordringbaar voor de verbindingen en
kan de verbinding zich alleen aan de buitenkant van de fase bevinden aan het
oppervlak
● de meeste gebruikte extractiemethoden in de milieuchemie zijn de vloeistof-
vloeistofextractie en de vloeistof-vastestofextractie
- beide zijn op verdeling gebaseerd: de te analyseren stof verdeelt zich over
respectievelijk twee niet mengbare vloeistoffen of over vloeistof en een vaste stof
● betekenis verdelingswet van Nernst:
- in een glazen vat bevinden zich twee niet-mengbare vloeistoffen ook wel fasen
genoemd. een hoeveelheid van een mengsel van twee stoffen i en j voegen we
toe aan een van de vloeistoffen 🡪 na schudden van het vat zal er stoftransport
vanuit fase b naar a zijn opgetreden als gevolg van diffusie
, o diffusie = moleculen zich verplaatsen door thermische beweging van hoge
naar lage concentratie
- na verloop van tijd stelt zich een evenwicht in waarbij vanuit a naar b evenveel
wordt getransporteerd als vanuit b naar a 🡪 gemiddeld in de tijd is het aantal
moleculen in een stof = dynamisch evenwicht
- hoeveelheden van stof i die zich in de beide fase bevindt, verschilt van die van
stof j, onder meer door verschil in oplosbaarheid van beide stoffen in de twee
fasen
- voegen we weer wat van stoffen i en j toe dan neemt in beide fase de
hoeveelheid van de stoffen toe, maar de verhouding van deze hoeveelheden of
concentraties blijft hetzelfde = verdelingscoëfficiënt Ki
o cb en ca = concentraties van stof i in beide fasen in mol/L
o n = constante
● bij verdeling tussen twee vloeistoffen is n ongeveer gelijk aan 1 waardoor de
vergelijking overgaat in de verdelingswet van Nernst 🡪 bij verdunde oplossingen is
de concentratie verhouding constant:
- in een vloeistof-vloeistofsysteem is er een lineairverband
● bij verdeling tussen een vloeistof en een vaste stof is n meestal kleiner (tusen 0,2 en
0,7) 🡪 in grafiek beide concentraties van stof i in beide fase uitgezet dan krijgen een
curve te zien die verdelingsisotherm heet
- de richtingscoëfficiënt van de isotherm is gelijk aan de verdeling
verdelingscoëfficiënt
- waarde van verdelingscoëfficiënt wordt bepaald door de aard van de stof, aard
van beide fasen en de temperatuur
- in vloeistof-vastestofsysteem heeft de verdelingsisotherm meestal een kromme
vorm door verzadiging van het oppervlak van de vaste stof bij hogere
concentraties
● verdelingswet van Nernst geldt dus alleen voor verdunde oplossingen
- bij lage concentraties van de stof in beide fasen is de helling constant en geldt de
wet van Nernst
- bij hogere concentraties buigt de isotherm echter naar beneden of naar boven af
🡪 verdelingscoëfficiënt niet langer constant maar hangt af van concentratie van
de stof
- afbuiging ontstaat doordat de oplossingen zo geconcentreerd zijn dat de
stofmoleculen ook onderling interactie gaan vertonen en voorkeur voor een fase
krijgen
, - deze onderlinge interactie treedt niet op in verdunde oplossingen omdat de
stofmoleculen in hun omgeving voornamelijk oplosmiddelmoleculen zien
● vloeistof-vloeistofextractie wordt vooral voor watermonster gebruikt
- door een niet met water mengbare organische vloeistof aan een watermonster
toe te voegen, te schudden en enige tijd te laten staan, 🡪 aanwezige stoffen die
goed oplossen in een organisch oplosmiddel voor een groot deel in de organische
fase gaan
- organische zuren geëxtraheerd door monsterextract te schudden met basische
waterige oplossing 🡪 organische zuren gedeprotoneerd en lossen op in
waterfase: zure fractie gescheiden van basische/neutrale fractie
- selectieve extractie voeren we uit als we willen weten in welke species een stof
aanwezig is
● vloeistof-vastestofextractie is de meest toegepaste extractietechniek voor organische
stoffen 🡪 soxhlet-extractie, adsorptiechromatografie en vastfase-extractie
- industriële toepassing extractie van olie uit zaden, noten of bonen met behulp
van organische oplosmiddelen of zuivering drinkwater met actieve koolstof 🡪
haalt schadelijke stoffen eruit door adsorptie
● gas-vloeistofextractie
- oplossing van vluchtige stof in afgesloten vat in contact gebracht met een beetje
lucht 🡪 evenwicht ontstaat tussen opgeloste fase en damp
- lucht boven de vloeistof met damp kunnen we opzuigen in een injectienaald en
analyseren met gaschromatograaf = headspace analyse
Verschil aangeven tussen filtratie, ultrafiltratie en dialyse
● een membraan kan worden gebruikt om de te analyseren stoffen te scheiden van
oplosmiddel of bulkmoleculen
- scheiding is gebaseerd op verschil in transportsnelheid van de stoffen door
membraan, die onder meer afhankelijk is van molecuul of deeltjes grootte
● bij filtratie wordt een membraan of filter gebruikt om vaste deeltjes van een vloeistof
te scheiden
- vaste deeltjes te groot en kunnen niet door openingen van filter passeren
- vaak wordt de stroming door het membraan veroorzaakt door de druk die de
vloeistofkolom boven het membraan uitoefent = hydrostatische druk 🡪 bij
kleinere openingen meer druk om te versnellen, door andere kant vacuüm te
zuigen
● bij ultrafiltratie en nanofiltratie worden membranen met zeer kleine openingen
gebruikt, waardoor ook losse moleculen op grond van hun grootte het membraan
niet kunnen passeren
- moleculen of deeltjes kleiner dan 100 nm uitfilteren
- groot drukverschil nodig om oplossing door membraan te laten stromen
