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Chromatografie



Chromatographie bzw. Chromatografie (griechisch, deutsch Farbenschreiben) wird in der Chemie ein Verfahren genannt das die Auftrennung eines Stoffgemisches durch dessen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase erlaubt. Dieses Prinzip wurde erstmals 1903 von dem russischenen Botaniker Michail S. Tswett angewendet und dargelegt. Er untersuchte einfarbige Pflanzenfarbstoffe und konnte diese durch Chromatographie in verschiedene Farbstoffe zerlegen. Praktische Anwendung findet diese Methode zum einen in der Produktion zur Reinigung vor Substanzen, zum anderen in der chemischen Analytik, um Stoffgemische aufzutrennen und ihre Inhaltstoffe zu analysieren. Die Chromatographie ist aus der organischen Chemie, der Biochemie, der Mikrobiologie und auch der anorganischen Chemie nicht mehr wegzudenken.

Table of contents
1 Beschreibung des Chromatographieprozesses
2 Definition einiger Begriffe
3 Einteilung nach dem Trennprinzip
4 Einteilung nach den verwendeten Phase
5 Kenngrößen der Chromatographie
6 Praktisches Experiment
7 Siehe auch
8 Weblinks

Beschreibung des Chromatographieprozesses

Die Chromatographie läßt sich bildhaft folgendermaßen erklären. Eine Gruppe von Booten bricht gleichzeitig auf um eine Flussfahrt zu unternehmen. Am Flussrand sind in unterschiedlichen Abständen Gasthäuser. Je nach dem welche Leute in den Booten sitzen legen die Boote verschieden oft am Flussufer an um in ein Gasthaus einzukehren. Dadurch benötigen die Boote verschieden lange für die Strecke und kommen somit zu verschiedenen Zeiten am Ende des Flusses an.

In der Chromatographie werden Substanzgemische (=Boote) in einer Mobilen Phase (=Fluss) an einer Stationären Phase (=Flussrand mit Gasthäusern) vorbeibewegt. Auf Grund von Wechselwirkungen (Einteilung unter Trennprinzipien) zwischen Substanzen und stationärer Phase halten sich die Substanzen verschieden lange an der stationären Phase auf (=werden retentiert) und können somit nicht von der mobilen Phase weitertransportiert werden. Dadurch erreichen sie zu unterschiedlichen Zeitpunkten das Ende der Trennstrecke.

Definition einiger Begriffe

Stationäre Phase

Phase die mit den einzelnen Substanzen des Substanzgemisches Wechselwirkungen eingeht und sich nicht bewegt.

Mobile Phase

Phase in der das Substanzemisch zu Beginn gelöst ist und die sich bewegt.

Retention, Retardierung

Zurückhalten von Einzelzubstanzen des Substanzgemisches durch Wechselwirkung mit der Phase.

Retentionszeit

Zeit die eine Substanz benötigt um die gesamte Trennstrecke zu passieren.

Elution

Transport einer Substanz durch eine chromatographische Säule durch kontinuierliche Zugabe von mobiler Phase. Eine besondere Bedeutung hat dieser Prozess in der Festphasenextraktion.

Eluat

Mobile Phase, die die Trennstrecke passiert hat.

Säule

In der Chromatographie versteht man unter einer Säule eine hohle Röhre von einem Durchmesser von wenigen mykrometern bis zu mehreren Zentimern. Diese Röhre ist entweder mit der stationären Phase gefüllt oder innen beschichtet.

Die Chromatographischen Trennmethoden lassen sich nach verschiedenen Gesichtspunkten einteilen:

Einteilung nach dem Trennprinzip

Das grundlegende Prinzip aller chromatographischen Verfahren ist die oft wiederholte Einstellung eines Gleichgewichtes zwischen einer ruhenden Phase und einer bewegten Phase. Das Gleichgewicht kann sich auf Grund verschiedener physikalisch - chemischen Effekten ausbilden.

Einteilung nach den verwendeten Phase

Auf Grund der mobilen Phasen kann man die Chromatographie in drei Gebiete unterteilen, welche sich nach den Trägern der stationären Phasen oder dem Aggregatzustand der stationären Phasen wieder in unterschiedlich viele Gruppen unterteilen lassen.

Kenngrößen der Chromatographie

Der Trennfaktor α gibt die Güte der Trennung zweier Substanzen an. Er beruht auf der Retentionszeiten tR der Komponenten in der Säule. Die Retentionszeit oder Durchlaufzeit ist die Zeit, die die betrachtete Komponente zum durchqueren der Säule braucht.:

mit dem Retentionsfaktor k definiert durch:

t0 nennt man die Totzeit der Säule. Die Totzeit ist die Zeit, die das Lösungsmittel zum durchqueren der Säule braucht.

die Trennstufenhöhe

Zur Erlangung einer niedrigen Trennstufenhöhe sind folgende Voraussetzungen nötig:
  1. Es wird eine rasche Gleichgewichtseinstellung der Absorption oder Verteilung erwartet. Daher sollte der Teilchendurchmesser d so klein wie möglich sein.
  2. konstante Temperatur in der gesamten Säule. Daher wird eine Säulenthermometer benutzt.
  3. konstante Fließgeschwindigkeit Hierfür wird eine Kolbenpumpe mit bis zu 400 bar verwendet.
  4. linearer Absorptionsbereich Die stationäre Phase sollte im Verlauf der Chromatografie nicht überladen werden.
  5. vernachlässigbare Diffusion wäre wünschenswert, ist experimentell aber leider nicht erreichbar. Es werden daher möglichst regelmäßige Packungen mit Teilchen von besonders kleinem Durchmesser verwendet.

Van-Deemter-Gleichung für HPLC

wobei:

Praktisches Experiment

Chromatographie kann man mit handelsüblichen Mitteln zu Hause durchführen. Man benötigt: Auf den unteren Rand des Kaffeefilters malt man einen oder mehrere bunte Punkte, stellt das Papier in eine Schale mit Wasser, so dass sich das Papier mit Wasser vollsaugt.

Da die Farbe der Buntstifte wasserlöslich ist, transportiert das Wasser nun die Farbe nach oben.

Unser, sagen wir mal, roter Bunstift ist nun aber eigentlich nicht rot. In Wirklichkeit besteht der aus einem Gemisch unterschiedlicher Farben, die nun zeitweise mit dem Papier eine Wechselwirkung eingehen und dadurch vom Wasser nicht weiter transportiert werden.

Daher können wir bald mehrere, verschiedenfarbige Flecken erkennen.

Wir haben soeben die Buntstiftfarben chromatographisch getrennt.

Siehe auch

Analytik,

Weblinks




     
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