Chromatographie

Autosampler eines Gaschromatographie-Massenspektrometer Systems (GC-MS)

Chromatographische Methoden

Mit dem Begriff Chromatographie werden Methoden zur Auftrennung von Substanzgemischen definiert. Hierbei erfolgt die Trennung an zwei Phasen, wobei eine Phase unbeweglich ist (stationäre Phase) und die andere Phase an ihr vorbeiströmt (mobile Phase).

Entsprechend der Eigenschaft der mobilen Phase unterscheidet man die Gaschromatographie (GC) und die Flüssigkeitschromatographie (LC). Entsprechend dem eingesetzten Trägermaterial wird bei der Flüssigkeitschromatographie zwischen Säulen- Papier- und Dünnschichtchromatographie unterschieden. Eine der am weitesten verbreiteten Formen der Säulenchromatographie ist die Hochdruchkflüssigkeitschromatographie (HPLC).
Nach der chromatographischen Trennung erfolgt die eigentliche analytische Messung: die Detektion, die je nach Detektionsart substanzspezifisch und quantitativ erfolgen kann.

Die Art der Detektion sollte bei der Benennung des chromatographischen Verfahrens mitgenannt werden, z.B. GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektrometrie).

s. Chromatographie Chemie-Webseite von Thomas Seilnacht

Geschichte zur Chromatograpie als Einstieg für den Chemieunterricht:
Lit. FP Zimmermann und E Wiederholt: Naturwissenschaften im Unterricht Chemie, in F.Wöhrle, Chromatographie in Theorie und Unterrichtspraxis, Sammelband Nr. 92137, 1996, Seite 15. Pädagogische Zeitschriften bei Friedrich in Velber in Zusammenarbeit mit Klett

Dünnschicht- und Papierchromatographie

Die Papierchromatographie verwendet hauptsächlich Cellulose als stationäre Phase und erlaubt die Trennung von hydrophilen Substanzen. Im Gegensatz zur Papierchromatographie findet die Dünnschichtchromatographie verbreitet Anwendung. Die Vorteile der Dünnschichtchromatographie gegenüber der Papierchromatographie sind dabei eine bessere Probenauftragung, eine größere Auswahl an stationären Phasen, Lösungsmitteln, Detektionsreagenzien und eine bessere quantitative Auswertung.

Mit der Dünnschichtchromatographie können folgende Chromatographiearten ausgeführt werden:

a) Adsorptionschromatographie (Silicagel, Aluminium-oxid, Kieselgur)
b) Verteilungschromatographie (Cellulose, Silicagel, Kieselgur)
c) Ionenaustauschchromatographie
d) Gelchromatographie

In den letzten Jahren wurden hydrophobe oberflächen-modifizierte Platten entwickelt, die im Gegensatz zu Kieselgel eine unpolare Oberfläche aufweisen und damit Trennungen apolarer Substanzen verbessern. Bei einem solchen Trennsystem ist entgegen der obigen Aufstellung die stationäre Phase hydrophob.

Die Detektion bei der Papier- und Dünnschichtchromatographie kann eine physikalische Detektion sein, wobei die UV-Absorption bzw. die Fluoreszenz der Substanz gemessen wird. In der Mehrheit der Anwendungen erfolgt oft eine chemische Detektion, wobei die Substanzen mit einem substanzspezifischen Sprühreagenz angefärbt werden.

Beispiel einer dünnschichtchromatographischen Bestimmung: Coffein als Referenzverbindung und im aufgebrühten Kaffee

Gaschromatographie

Kontrolleinheit eines modernen Gaschromatographen in Kombination mit einem MS Systems

Die Gaschromatographie ist eine Trennmethode, bei der ein gelöstes Substanzgemisch (Probe) mit Hilfe eines Gasstromes über eine stationäre Phase geleitet wird und dabei in die Einzelkomponenten der Probe aufgetrennt wird. Das Gas ist in der Regel Helium und die stationäre Phase besteht aus einer 10-50m langen Quarzsäule mit einem Innendurchmesser von etwa 0,2 mm, die von Innen mit einem speziell entwickelten dünnen Film eines Trennmaterials belegt ist. Die Einzelkomponenten der Probe verlassen nach einer bestimmten Zeit (Retentionszeit) die Trennsäule und können dann mit einem empfindlichen Detektor analysiert werden.

Hierzu stehen folgende Detektoren zur Verfügung:

1. Flammenionisationsdetektoren (FID)
2. Stickstoff- und phosphorspezifische Flammenionisationsdetektoren (N/P-FID)
3. Elektroneneinfangdetektoren (ECD)
4. Wärmeleitfähigkeitsdetektoren (WLD)
5. Massenspektrometer (MS)

zur Gaschromatographie s. Beispiel Analytik/Stimulanzien  Abb.3

Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC)

Die Hochdruckflüssigkeitschromatographie kann als Weiteentwicklung der Dünnschichtchromatographie betrachtet werden, wobei die stationäre Phase nicht als Schicht auf einer Platte, sondern als Füllung in einer Säule vorliegt. Die verwendeten Trennsäulen sind in der Regel 3 bis 25 cm lang mit einem Innendurchmesser von 1 bis 10 mm. Die Korngröße der Säulenfüllung beträgt nur 5 - 10 µm. Um einen ausreichenden Lösungsmittelfluss zu erreichen, wird das Lösungsmittel mit einem hohen Druck (bis zu 400 bar) durch die Säule gepumpt.

Vergleichbar zur Dünnschichtchromatographie werden folgende Chromatographiearten eingesetzt: 

1. Adsorptionschromatographie (Phasen: Silicagel, Aluminiumoxid)
2. Verteilungschromatographie; Gebundene Phasen z.B.: 
     a) Umkehrphasen (RP-Phasen): octadecylsilan, octylsilan
     b) Normalphasen: alkylnitril, alkylamin
3. Ionenaustauschchromatographie (Polystyrol-, Silica-Cellulose-Ionenaustauscher)
4. Gelchromatographie (Ausschlusschromatographie)  

Die gebräuchlichsten Säulen für die Bestimmung von Hormonen und Dopingmitteln sind RP-Säulen (Reverse-Phase- Säulen) mit spherischen Teilchen von Korngrößen zwischen 5 und 10 µm.Die Detektion der Substanzen nach einer flüssigkeitschromatographischen Trennung kann nach folgenden Techniken erfolgen:

1. Ultraviolett-Detektion
2. Fluoreszenz-Detektion
3. Elektrochemische Detektion
4. Massenspektrometrische Detektion

Von diesen vier Methoden wird die Massenspektrometrie als eindeutige Identifizierungsmethode von Substanzen in der Dopinganalytik eingesetzt, wobei ein empfindlichen Messbereich im Pico- und Nanogramm routinemäßig erreicht werden kann.

Weiterführende Informationen:

http://www.seilnacht.com/versuche/chromat.html

PDF-Download: Dünnschichtchromatographie von Coffein 

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