Chromatographie

Unter Chromatographie (griechisch, deutsch Farbenschreiben) werden in der Chemie unterschiedliche physikalische Verfahren zusammengefasst, die die Auftrennung eines Stoffgemisches durch dessen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase erlaubt. Die Prinzipien wurde erstmals 1903 von dem russischen Botaniker Michail S. Tswett angewendet und dargelegt. Er untersuchte einfarbige Pflanzenfarbstoffe und konnte diese durch Chromatographie in verschiedene Farbstoffe zerlegen. Inzwischen ist die Chromatographie aus der organischen Chemie, der Biochemie und der Mikrobiologie nicht mehr wegzudenken. Auch in der anorganischen Chemie wird die Chromatographie beispielsweise zur Gewinnung von Seltenen Erden benötigt. Bei der Untersuchung von Böden und Wasser greift man auch auf chromatographische Verfahren zurück.

Prinzipien

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.

Ionenaustausch - ChromatographieDie bewegte Phase ist hier meist eine Lösung, der zu trennenden Ionen. Die ruhende Phase ist ein fester Ionenaustauscher. Ionenaustauscher bilden zwischen den verschiedenen Ionen der bewegten Phase unterschiedlich stabile Bindungen aus.
Adsorption - ChromatographieHier kommt es zu einer Trennung der verschiednen Komponenten auf Grund der unterschiedlich starken adsoptiven Bindungen zur ruhenden Phase. Die bewegte Phase kann ein mehr oder weniger polares Lösungsmittel oder bei gasförmigen Stoffen ein Trägergas sein.
Verteilungs - ChromatographieÄhnlich dem Extraktionsverfahren wird hier die unterschiedliche Löslichkeit der zu trennenden Komponenten ausgenutzt. Bei der Chromatographie bleibt aber das Lösungsmittel als ruhende Phase auf einem Trägermaterial haften. Die bewegte Phase kann wieder eine Lösung oder ein Trägergas sein.
Siebwirkung Bei der ruhenden Phase benutzt man Stoffe die Komponenten an Hand ihrer Größe trennen. Im Wesentlichen unterscheidet man hier zwischen drei verfahren

Molekularsieb - Chromotographie
Gel - Permeations - Chromatographie
Ausschluss - Chromatographie

Typen

Es gibt mehre Einteilungen der chromatographischen Verfahren. Man unterscheidet dabei nach…

dem zu Grunde liegenden physikalisch - chemischen Effektes, der zur Ausbildung des Gleichgewichtes führt.
dem apparativen Aufbau z.B. Säule, Schicht oder Papier
dem Aggregatzustand der bewegten Phase und der ruhenden Phase. Der Aggregatzustand wird häufig mit s (fest), l (flüssig) und g (gasförmig) abgekürzt, wobei die bewegte Phase zu erst genannt wird.

Durch Kombination dieser Einteilungen kommt man zu so schönen Namen wie…

Flüssig-CG

Papier-CG

Dünnschicht-CG (TLC)

Thin Layer Chromatography (TLC)

Säulen-Flüssigkeits-CG (LC)

Obwohl nur eine von drei Methoden mit flüssiger mobiler Phase, ist dies mittlerweile die häufigste Flüssig-CG und wird im englischen Sprachraum auch nur Liquid Chromatography bzw. LC genannt.

Der Trennfaktor α gibt die Güte der Trennung zweier Substanzen an. Er beruht auf der Retentionszeiten t_R der Komponenten in der Säule:

$\alpha ={\frac {k_{1}}{k_{2}}}$

mit dem Retentionsfaktor k definiert durch:

$k={\frac {t_{R}-t_{0}}{t_{0}}}$

t₀ nennt man die Totzeit der Säule.

HPLC

Gas-CG

Superfluid-CG

Praktisches Experiment

Chromatographie kann man mit handelsüblichen Mitteln zu Hause durchführen. Man benötigt:

1 Kaffeefilter
einige Buntstifte

Auf den unteren Rand des Kaffefilters 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 vom Wasser *unterschiedlich schnell* weiter transportiert werden.

Daher können wir bald mehrere, verschiedenfarbige Flecken erkennen.

Wir haben soeben die Buntstiftfarben chromatographisch getrennt.

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.

siehe auch: GC-Detektor, Van-Deemter-Gleichung