Retentie-index van Kováts

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken

De retentie-index van Kováts (meestal kortweg Kováts-index of retentie-index genoemd) is een begrip uit de gaschromatografie waarmee retentietijden omgezet kunnen worden in systeem-onafhankelijke getallen. Dit maakt het mogelijk gegevens onderling te vergelijken die afkomstig zijn van verschillende gaschromatografen, verschillende kolommen en andere laboratoria. Het principe werd ontwikkeld door de uit Hongarije afkomstige Zwitserse scheikundige Ervin Kováts, tijdens zijn onderzoek op het gebied van de etherische olieën.[1] De index was, voordat de directe koppeling tussen de gaschromatograaf en de massaspectrometer gemeengoed werd, één van de belangrijkste manieren ter identificatie in de gaschromatografie.

Principe[bewerken]

Stoffen verplaatsen zich alleen door de kolom als ze in de gasfase aanwezig zijn. Stof in de vloeistoffase blijft zitten waar hij zit. De verhouding tussen tijd in de gasfase en tijd in de vloeistoffase bepaalt de retentietijd van een stof. Des te langer de uitloop van de stof op het chromatografiepapier, des te beter de adhesie.

De retentietijd van een stof in de gaschromatografie kan beschreven worden via:

  • De lengte van de gebruikte kolom: als alle andere parameters gelijk blijven zal een dubbel zo lange kolom aanleiding geven tot dubbel zo grote retentietijden. De snelheid waarmee de stoffen door de kolom bewegen verandert immers niet.
  • De dikte van de laag vloeistof die de stationaire fase vormt: een dikkere laag vloeistof zal tot gevolg hebben dat meer stof kan oplossen, en dus minder tijd in de gasfase aanwezig is.
  • De gassnelheid of gasdruk: als de stof zich in de gasfase bevindt wordt hij meegenomen en dus zal een hogere gassnelheid een kortere verblijftijd in de kolom tot gevolg hebben. Meestal wordt de hogere gassnelheid gerealiseerd door de druk aan het begin van de kolom te verhogen.
  • De temperatuur: door een hogere temperatuur te gebruiken zullen stoffen een hogere dampspanning hebben en dus meer in de gasfase aanwezig zijn.
  • De aard van de stof: gelijksoortige stoffen (met vergelijkbare dipool-interacties of waterstofbruggen) lossen makkelijk in elkaar op, en omgekeerd lossen ongelijksoortige stoffen moeilijker in elkaar op.

Hoewel de eerste drie factoren relatief makkelijk gemeten kunnen worden, is het exact reproduceren ervan - zeker in combinatie - lastig. De verhouding tussen de hoeveelheid van een stof in de gasfase en de vloeistoffase is echter vooral een gevolg van de eigenschappen van de stof en het soort vloeistof dat als stationaire fase gebruikt wordt, alsook van de temperatuur. Voor deze verhouding kan de verdelingsconstante gebruikt worden:

K_D = \frac{c_{stationaire fase}}{c_{gasfase}}

Bij een vaste temperatuur zijn alleen de stofeigenschappen van de stationaire fase en die van de te scheiden stof bepalend voor de verdeling van de stof, en daarmee voor de retentietijd. Om de vergelijking tussen verschillende chromatografen mogelijk te maken wordt gewerkt met een aantal standaardstoffen: de onvertakte alkanen. Deze hebben per definitie een index gekregen van 100 maal het aantal koolstofatomen in de verbinding.

Omdat ook voor een stof, die helemaal niet in de stationaire fase oplost, geldt dat het een tijdje duurt voor deze van de kolom elueert, moeten de gemeten retentietijden gecorrigeerd worden voor de tijd die het duurt dat een stof uit de kolom komt. Hiervoor wordt de gecorrigeerde retentietijd t' gebruikt:

t' = t_{bruto} - t_{onvertraagd} \!

Verder wordt gebruikgemaakt van de empirische relatie dat de logaritme van de gecorrigeerde retentietijd van de alkanen evenredig is met het aantal koolstofatomen in de verbinding. De formule die tot de index leidt berekent eigenlijk het aantal koolstofatomen dat in de onbekende stof zit, alsof die stof een alkaan is. Omdat het een zuiver theoretisch getal is, vormen delen van koolstofatomen geen probleem. De factor 100 zorgt er vervolgens voor dat slechts gehele getallen resulteren.

Tabellen met indices zijn vervolgens behulpzaam bij het zoeken naar de juiste stof bij een piek in het chromatogram.[2][3]

Formule bij isotherme gaschromatografie[bewerken]

Bij de berekening van de index wordt gebruikgemaakt van het lineaire verband tussen het aantal koolstofatomen in het onvertakte alkaan en de logaritme van de gecorrigeerde retentietijd \log (t_r'). In formules wordt de index meestal aangegeven met de I. De geldigheid van de formule beperkt zich tot organische verbindingen. Bij isotherme gaschromatografie (de temperatuur blijft tijdens de scheiding gelijk) geldt dan:

I = 100 \times \left[ n + ( N - n ) \frac{\log \left(t'_{r (onbekend)} \right) - \log \left(t'_{r (n)} \right)}{\log \left(t'_{r (N)} \right) - \log \left(t'_{r (n)} \right)} \right]

Hierbij is:

  • I de retentie-index van Kováts
  • n het aantal koolstofatomen in het kortste alkaan
  • N het aantal koolstofatomen in het langste alkaan
  • tr' de retentietijd

Formule bij temperatuurgeprogrammeerde gaschromatografie[bewerken]

Wanneer gebruikgemaakt wordt van temperatuurprogrammering, dan geldt de logaritmische relatie niet meer en wordt de formule herleid tot:

I = 100 \times \left [ n + ( N - n ) \frac{t_{r (onbekend)} ' - t_{r (n)} '}{t_{r (N)} ' - t_{r (n)} '} \right ]

Praktijk[bewerken]

Om op basis van de retentie-index van Kováts een uitspraak te doen over de aard van een verbinding is het noodzakelijk om de index onder verschillende omstandigheden (verschillende stationaire fasen en temperatuur) te bepalen. In tabellen kan vervolgens gekeken worden welke stoffen in aanmerking komen voor de onbekende verbinding. Vaak levert dit een aantal verbindingen op.

Omdat de verdelingsconstante afhankelijk is van de temperatuur, kan door bij een andere temperatuur te meten (op dezelfde stationaire fase) een bij die temperatuur horende index gevonden worden, ook weer met een aantal mogelijke stoffen. De mogelijke stof moet in beide groepen verbindingen voorkomen, zodat het aantal mogelijkheden daalt. Door vervolgens een geheel andere stationaire fase te gebruiken wordt opnieuw een andere groep verbindingen gevonden. Opnieuw zijn alleen de stoffen die in alle groepen gemeenschappelijk voorkomen mogelijke kandidaten voor de gezochte stof.

Uitzondering[bewerken]

Bij het toepassen van retentie-indices wordt ervan uitgegaan dat de verschillende stoffen onafhankelijk van elkaar door de gaschromatografische kolom bewegen. Vooral als groepen verwante verbindingen met sterk uiteenlopende kookpunten geanalyseerd worden kan dit fout lopen. Analyse van een alkanenmengsel van hexaan tot en met decaan zal op veel kolommen voor hexaan en heptaan langere retentietijden laten zien dan wanneer de zuivere stoffen afzonderlijk van elkaar worden geanalyseerd. In het begin van de analyse zal de stationaire fase relatief veel van de hoger kokende alkanen bevatten, waardoor hexaan en heptaan beter in de stationaire fase diffunderen, en dus minder snel door de kolom bewegen. De index zal dus hoger worden.

Bronnen, noten en/of referenties
  1.   Internet geraadpleegd op 25 januari 2012
  2. E. Kováts:  Gas-chromatographische Charakterisierung organischer Verbindungen. Teil 1: Retentionsindices aliphatischer Halogenide, Alkohole, Aldehyde und Ketone  Helv. Chim. Acta  41  pag. 1915 – 1932 (1958) DOI:10.1002/hlca.19580410703  
  3.   Retention index I in column chromatography  IUPAC Goldbook