Precipitatie, ook wel neerslaan genoemd, is een scheidingstechniek waarbij een opgeloste stof wordt omgezet in een onoplosbare vaste stof die vervolgens via filtratie of centrifugatie van de vloeistof wordt afgescheiden. De techniek behoort tot de oudste methoden in de analytische en preparatieve chemie en wordt nog dagelijks toegepast: van de kwalitatieve detectie van een ion in een schoolpracticum tot de kwantitatieve bepaling van sulfaat in gravimetrische analyse en de zuivering van eiwitten in een biochemisch laboratorium.
Dit artikel behandelt het principe van precipitatie, de chemische achtergrond (oplosbaarheidsproduct en fractionele precipitatie), de verschillende vormen van precipitatie als scheidingstechniek, de praktische uitvoering inclusief veelvoorkomende valkuilen, en de benodigde apparatuur.
Bij precipitatie wordt een opgeloste component omgezet in een vaste stof — het precipitaat of neerslag — die niet langer in oplossing blijft. Dit gebeurt doordat de oplosbaarheidsgrens van een verbinding wordt overschreden. Zodra de concentratie van de gevormde verbinding de oplosbaarheid ervan te boven gaat, ontstaan kristallisatiekernen waaromheen verdere groei plaatsvindt, tot een zichtbaar neerslag is gevormd.
De vloeistof die na afscheiding van het neerslag overblijft, heet het filtraat of, wanneer het neerslag via centrifugatie wordt afgescheiden, het supernatant. Precipitatie is daarmee in essentie een tweetraps proces: eerst de chemische stap (het laten ontstaan van het neerslag), daarna de fysische scheidingsstap (het afscheiden van vaste stof en vloeistof via filtratie of centrifugatie).
De chemische basis van precipitatie is het oplosbaarheidsproduct Ksp (solubility product). Voor een slecht oplosbaar zout AxBy dat dissocieert volgens AxBy ⇌ xA + yB geldt in evenwicht:
Ksp = [A]x·[B]y
Zolang het product van de ionconcentraties kleiner is dan Ksp, blijft de oplossing helder: er is geen neerslag. Wordt het ionenproduct groter dan Ksp — bijvoorbeeld door toevoeging van een precipitatiereagens dat de concentratie van één van de ionen sterk verhoogt — dan is de oplossing oververzadigd en vormt zich een neerslag totdat het evenwicht weer is hersteld. Een klassiek voorbeeld is de precipitatie van bariumsulfaat: toevoeging van bariumchloride aan een sulfaathoudende oplossing verhoogt de bariumconcentratie tot het ionenproduct [Ba²⁺]·[SO₄²⁻] de zeer lage Ksp van BaSO₄ overschrijdt, waarna het nagenoeg onoplosbare bariumsulfaat neerslaat.
De mate van oververzadiging bepaalt de kristalmorfologie. Een langzame, gecontroleerde oververzadiging geeft grotere, goed gevormde kristallen die gemakkelijk filtreerbaar zijn. Een snelle, sterke oververzadiging geeft daarentegen veel kleine kristallisatiekernen tegelijk, wat resulteert in een fijn, slecht filtreerbaar neerslag met een groter risico op insluiting van verontreinigingen.
Precipitatie wordt in de praktijk op verschillende manieren ingezet, elk met een eigen doel en uitvoering.
Bij selectieve precipitatie wordt een reagens gekozen dat specifiek reageert met de doelcomponent, terwijl andere opgeloste stoffen in oplossing blijven. De selectiviteit hangt af van het grote verschil in Ksp tussen de gewenste verbinding en mogelijke nevenreacties. Selectieve precipitatie wordt onder meer gebruikt om een specifiek ion kwalitatief aan te tonen of om een storende component vooraf uit een monster te verwijderen voordat een andere analysemethode wordt toegepast.
Wanneer een oplossing meerdere ionen bevat die alle met hetzelfde reagens een precipitaat kunnen vormen, maakt fractionele precipitatie gebruik van het verschil in oplosbaarheidsproduct om ze na elkaar, in volgorde van afnemende oplosbaarheid, te laten neerslaan. De stof met de laagste Ksp bereikt als eerste de verzadigingsgrens en slaat het eerst neer; door de hoeveelheid reagens nauwkeurig te doseren en het eerste neerslag tussentijds af te filtreren, kan een mengsel van ionen stapsgewijs worden gescheiden. Deze techniek vereist een voldoende groot verschil in oplosbaarheid tussen de betrokken verbindingen om een bruikbare scheiding te verkrijgen; bij een te klein verschil treedt overlap op en is de scheiding niet kwantitatief.
Wanneer precipitatie wordt gecombineerd met een kwantitatieve weging van het gevormde en gedroogde of gegloeide neerslag, spreekt men van precipitatiegravimetrie — een van de vier hoofdvormen van gravimetrische analyse. Deze toepassing wordt in het kennisbankartikel over gravimetrische analyse in detail behandeld, inclusief de gravimetrische factor waarmee de massa van het neerslag wordt omgerekend naar de hoeveelheid van de oorspronkelijke component.
In de biochemie en moleculaire biologie wordt precipitatie veelvuldig toegepast om eiwitten of nucleïnezuren te concentreren of te zuiveren. Eiwitten kunnen worden neergeslagen door toevoeging van een hoge zoutconcentratie (salting out, bijvoorbeeld met ammoniumsulfaat), door verlaging van de pH naar het iso-elektrisch punt, of door toevoeging van een organisch oplosmiddel zoals ethanol of aceton dat de hydratatieschil rond het eiwit verstoort. DNA en RNA worden op vergelijkbare wijze neergeslagen met ijskoude ethanol of isopropanol in aanwezigheid van zout, zoals beschreven in de kennisbankartikelen over DNA-isolatie en RNA-isolatie. Ook bij immunologische technieken wordt het begrip precipitatie gebruikt: bij chromatine-immunoprecipitatie (ChIP) wordt een eiwit-DNA-complex specifiek neergeslagen met behulp van een antilichaam, in plaats van via een chemisch reagens.
Co-precipitatie is het ongewenste verschijnsel waarbij een normaliter oplosbare verontreiniging wordt meegesleept in het neerslag van de hoofdcomponent, doordat ze wordt geadsorbeerd aan het kristaloppervlak, ingesloten in de kristalstructuur (occlusie) of mechanisch wordt meegenomen. Post-precipitatie is het verwante verschijnsel waarbij een tweede component pas ná het filtreren alsnog neerslaat op het reeds gevormde precipitaat. Beide effecten kunnen de nauwkeurigheid van een kwantitatieve bepaling verstoren en worden beperkt door een langzame, gecontroleerde precipitatie, een geschikte digestietijd (het laten "rijpen" van het neerslag bij verhoogde temperatuur) en zorgvuldig wassen van het neerslag.
Een zorgvuldig uitgevoerde precipitatie volgt doorgaans de volgende stappen:
De keuze tussen filtratie en centrifugatie als scheidingsstap hangt af van de deeltjesgrootte van het neerslag, het volume en het beoogde gebruik. Grof, kristallijn neerslag in grotere volumes wordt doorgaans gefiltreerd via zwaartekracht- of vacuümfiltratie, met een Büchner- of Hirsch-trechter voor kleinere hoeveelheden. Fijn, slecht filtreerbaar neerslag — zoals veel eiwit- of hydroxideprecipitaten — wordt vaak sneller en met minder verlies afgescheiden via centrifugatie, waarbij het neerslag als compact pellet op de bodem van een centrifugebuis wordt geconcentreerd en het supernatant wordt afgegoten of afgepipetteerd.
Precipitatie is één van een aantal scheidingstechnieken die in het laboratorium worden gecombineerd, elk gebaseerd op een ander fysisch of chemisch principe. De onderstaande tabel plaatst precipitatie naast de meest verwante technieken.
Het onderscheid tussen precipitatie en kristallisatie is in de praktijk een kwestie van snelheid en doel. Kristallisatie streeft naar langzame, gecontroleerde kristalgroei met als doel een zo zuiver mogelijk product te verkrijgen, vaak gevolgd door herkristallisatie. Precipitatie verloopt doorgaans sneller en wordt primair ingezet als scheidingsstap, waarbij zuiverheid van het neerslag van secundair belang kan zijn ten opzichte van een snelle, kwantitatieve afscheiding van de doelcomponent.
Voor precipitatie als scheidingstechniek is doorgaans de volgende basisapparatuur nodig:
Bekijk het assortiment laboratoriumglaswerk, filtratie-apparatuur en filtreerpapier en centrifuges in onze webshop, of neem contact op voor advies over de juiste opstelling voor uw precipitatietoepassing.
Mengsels kunnen op uiteenlopende manieren worden gescheiden, afhankelijk van het type mengsel en de eigenschappen van de bestanddelen. Veelgebruikte scheidingsmethoden zijn filtratie (scheiding op deeltjesgrootte via een poreus medium), precipitatie of neerslaan (scheiding door een opgeloste stof onoplosbaar te maken), centrifugeren (scheiding op dichtheidsverschil onder centrifugaalkracht), destillatie (scheiding op kookpunt), extractie (scheiding op verdeling over twee fasen, zoals bij vloeistof-vloeistofextractie), chromatografie (scheiding op affiniteit met een stationaire en mobiele fase) en indampen of verdampen (scheiding op vluchtigheid). Welke methode het meest geschikt is, hangt af van of het mengsel homogeen of heterogeen is en van de fysische en chemische eigenschappen van de afzonderlijke componenten.
Zeven is een fysische scheidingstechniek waarbij een mengsel van vaste deeltjes met verschillende afmetingen over een zeef met een vaste maaswijdte wordt gebracht. Deeltjes kleiner dan de maaswijdte vallen door de zeef heen, terwijl grotere deeltjes worden tegengehouden. Zeven berust uitsluitend op deeltjesgrootte en wordt toegepast bij vaste, droge mengsels, bijvoorbeeld bij de bepaling van de korrelgrootteverdeling van een poeder of granulaat. Het onderscheidt zich van filtratie doordat filtratie een vloeistof of gas van een vaste stof scheidt via een poreus medium, terwijl zeven twee of meer vaste fracties van elkaar scheidt op basis van afmeting. Voor de meting van fijnere deeltjesgrootteverdelingen in suspensie wordt tegenwoordig vaak laserdiffractie toegepast in plaats van zeven.
Kristallisatie is een scheidingstechniek waarbij een opgeloste stof gecontroleerd en langzaam wordt neergeslagen in de vorm van zuivere kristallen, doorgaans door de oplossing te verzadigen via afkoeling, indamping of toevoeging van een anti-oplosmiddel. Het verschil met precipitatie zit vooral in de snelheid en het doel: kristallisatie streeft naar langzame, gecontroleerde kristalgroei voor een maximale zuiverheid, terwijl precipitatie doorgaans sneller verloopt en in de eerste plaats gericht is op een snelle scheiding van de doelcomponent uit oplossing. In de praktijk wordt kristallisatie vaak toegepast als zuiveringsstap ná een precipitatie, in de vorm van herkristallisatie: het opnieuw oplossen en langzaam laten kristalliseren van een ruw neerslag om verontreinigingen te verwijderen.
De meest gangbare scheidingstechnieken in het laboratorium zijn filtratie, precipitatie, centrifugatie, destillatie, extractie, chromatografie, kristallisatie, sublimatie en zeven. Elke techniek maakt gebruik van een specifiek fysisch of chemisch verschil tussen de componenten van een mengsel — deeltjesgrootte, dichtheid, kookpunt, oplosbaarheid, affiniteit met een stationaire fase, of sublimatiepunt. In de praktijk worden meerdere technieken vaak na elkaar toegepast: een precipitatiestap gevolgd door filtratie of centrifugatie is daarvan een veelvoorkomend voorbeeld.
Bij toevoeging van een precipitatiereagens aan een oplossing met meerdere precipiteerbare ionen slaat de verbinding met het laagste oplosbaarheidsproduct (Ksp) doorgaans het eerst neer, omdat het ionenproduct daarvan als eerste de verzadigingsgrens overschrijdt. Dit principe vormt de basis van fractionele precipitatie. Een betrouwbare, kwantitatieve scheiding is echter alleen mogelijk wanneer het verschil in Ksp tussen de betrokken verbindingen voldoende groot is; bij een gering verschil treedt overlap op tijdens de precipitatie.
Precipitatie sluit aan bij een reeks scheidingstechnieken en analytische methoden in de Labvakhandel-kennisbank. Voor de kwantitatieve toepassing van precipitatie via weging zie het artikel over gravimetrische analyse. Voor de afscheiding van het gevormde neerslag van de vloeistof zie de artikelen over laboratorium filtratie en laboratorium centrifuges. Voor de keuze van het juiste filtreerpapier of de juiste trechter bij filtratie van een neerslag zie de artikelen over filterpapier en weegpapier en laboratoriumtrechters. Voor een alternatieve scheidingstechniek op basis van verdeling tussen twee vloeistoffasen zie het artikel over vloeistof-vloeistofextractie (LLE). Voor de zuiverheidseisen aan reagentia die bij precipitatiereacties worden gebruikt zie het artikel over zuiverheidsgraden van chemicaliën. Voor de precipitatie van nucleïnezuren als onderdeel van monstervoorbereiding zie de artikelen over DNA-isolatie en RNA-isolatie. Voor antilichaam-gestuurde precipitatie van eiwit-DNA-complexen zie het artikel over chromatine-immunoprecipitatie (ChIP).
Neem contact op voor advies over de juiste apparatuur en verbruiksartikelen voor uw precipitatietoepassing.
Disclaimer: De informatie in dit artikel is bedoeld als algemene technische toelichting. Canidae Seal B.V. / Labvakhandel.nl aanvaardt geen aansprakelijkheid voor de toepassing van deze informatie in specifieke analytische, klinische of industriële situaties. Raadpleeg voor uw eigen toepassing altijd de geldende normen, vakliteratuur en de documentatie van fabrikant en apparatuur.
Inloggen
Wachtwoord vergeten
Account aanmaken
Uw winkelwagen is leeg.
