Chromatographische Trennverfahren Forschungszentrum caesar SimuLab Stefan Hartmann Reihe...
-
Upload
gertrude-schille -
Category
Documents
-
view
103 -
download
0
Transcript of Chromatographische Trennverfahren Forschungszentrum caesar SimuLab Stefan Hartmann Reihe...
ChromatographischeTrennverfahren
Forschungszentrum caesar
SimuLab
Stefan Hartmann
Reihe ExperimentalkurseKurs 1: HPLC-Messungen
Was ist Chromatographie?Unter dem Begriff Chromatographie werden physikalische Methoden zusammengefasst, bei denen eine
Stofftrennung
durch
Verteilung zwischen einer ruhenden (stationären) und
einer sich bewegenden (mobilen) Phase
erfolgt.
Phase: ein in sich homogener, d.h. physikalisch gleichartiger Bereich (können auch Gemische sein)
Die Chromatographie ist also eine Trenntechnik.
Andere Trenntechniken (z.B.):
• Filtration
• Zentrifugation (Trennung durch unterschiedliche Dichte)
• Elektrophorese (Trennung durch unterschiedliche „elektrophoretische Mobilität“, viele phys.-chem. Faktoren)
Chromatographische Techniken:Ein erster Überblick
Papier-Chromatographie
Dünnschicht-Chromatographie
Säulen-Chromatographie
Gel-Chromatographie (Molekularsieb)
Extraktions-Chromatographie
Gas-Chromatographie
Phasenstationär / mobil Technik
fest / flüssig
flüssig / flüssig
flüssig / gasförmig
HPLC
Grundprinzip bei allen Techniken
Die einzelnen Bestandteile eines Stoffes verteilen sich auf Grund ihrer unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, wie z.B.
• Löslichkeit,• Siedetemperatur,• Adsorptionsverhalten,• Größe,• Polarität, …
unterschiedlich zwischen stationärer und mobiler Phase.
Die mobile Phase bewegt sich an der stationären Phase vorbei und nimmt die Stoffe unterschiedlich schnell mit.
© www.med4you.atstationäre Phase
mobile Phase
Grundprinzip
Einteilung nach dem Ziel
• Analytische Chromatographie:
Nachweis von Stoffen und deren Konzentrationen • Präparative Chromatographie:
Isolierung von Stoffen zur weiteren Verwendung
Mechanismen in der Chromatographie
• Molekularsieb• Adsorptionsphänomene• Verteilungsphänomene (Löslichkeit)• Ionen-Austausch• Affinitätsphänomene
Häufig wirken bei einer bestimmten Chromatographie mehrere dieser Mechanismen.
Das Molekularsieb
stationäre Phase: löchrige, porentragende Oberfläche
Anwendung: Gel-Chromatographie mit AgaroseTrennung von Proteingemischen nach Größe
Adsorptionsphänomene
Adsorption: Reversible Fixierung eines Substrats auf einer Oberfläche durch elektronische Wechselwirkungen
Anwendung: in nahezu allen chromatographischen Trennverfahren (auch in der HPLC)
Rund um die Adsorption
Nicht zu verwechseln mit Absorption:Aufnahme von Materie durch einen Körper
Chemisorption: kovalente oder ionische Bindung zwischen Substrat und Oberfläche
Physisorption: schwache elektronische Wechselwirkungen zwischen Substrat und Oberfläche(z.B. WBBen, van-der-Waals-Kräfte)
Quarz
WBB
Rund um die Adsorption (Forts.)
Je größer die Oberfläche des Adsorptionsmittels,desto größer ist auch die Adsorptionskapazität, d.h. je mehr Stoff kann bei gleicher Masse adsorbiert werden.
In der HPLC ist der Zerteilungsgrad besonders klein!
Das Lösemittel läuft nur sehr langsam durch die SäuleSehr hoher Druck (~ 200 bar) notwendig!
Im Vergleich:
Verteilungsphänomene (Löslichkeit)
Unterschiedliche Löslichkeit von Stoffen in zwei Flüssigkeiten (oder einem Gas und einer Flüssigkeit)
• Anwendung: kommt in nahezu allen chromatographischen Trennverfahren zum Tragen, vor allem in der Papier- und Dünnschichtchromatographie
Ionen-Austausch
Hier Kationen-Austausch-Chromatographie: die in der mobilen Phase befindlichen Kationen (grau) konkurrieren mit den verschiedenen Kationen der Probe um die negativ geladenen Bindungsstellen der stationären Phase
Anwendung: auch in der HPLC
Affinitätsphänomene
Schlüssel-Schloss-Prinzip
Anwendung: Wird im Routinelabor eher selten eingesetzt (höchstens in der präparativen Chromatographie), kann aber z.B. zum Nachweis von Anti-körpern mit Hilfe von Teststreifen dienen (Wechselwirkung Antigen-Antikörper)
Geschichte der Chromatographie
Ferdinand Friedlieb Runge,deutscher Chemiker (1794-1867)
Rotweinfleck auf einem Leinentuch
Zunächst: rein ästhetische Motivation
Runge sah sich als „Künstler der anorganischen Moleküle“.
Auftropfen einer Lösung auf Saugpapier
Dies war der Beginn der
Papierchromatographie• Variante der Verteilungschromatographie• stationäre Phase: Cellulose • mobile Phase (Laufmittel): Lösemittel• Fluss durch Kapillarkräfte • Adsorption der Farbstoffe an der Cellulosefaser
Je besser sich ein Farbstoff in demLaufmittel löst, desto weiter wird erin der mobilen Phase transportiert.
Trennung farbloser Substanzen durch Anfärben,
Spektroskopie oder Fluoreszenz.
Wichtig: Wahl des richtigen Laufmittels
Auftrennung von Filzschreibefarben in unterschiedlich polaren Laufmitteln
deutliche Unterschiede in der Trennleistung!
Entdecker der Chromatographieals wissenschaftliches Trennverfahren
Mikhail Semenovich Tswett(russischer Botaniker, 1872-1919)
„Adsorptionsanalyse und chromatographische Methoden.Anwendung auf die Chemie desChlorophylls.“ (1906 veröffentlicht)
Tswett filtrierte Extrakt aus Blättern über fein gepulvertes Calciumcarbonat und trennte dadurch die Blattfarbstoffe (Chlorophyll, Carotinoide) verschiedener Pflanzen.
Chromatographie: chromatos = Farbe, graphein = schreiben
Dies war die erste wissenschaftliche
Säulenchromatographie• stationäre Phase: z.B. Kieselgel, Cellulose, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat
• mobile Phase (Laufmittel, Elutionsmittel): Lösemittel, häufig unpolar (z.B. Benzin)
• das Laufmittel kann während der Trennung kontinuierlich verändert werden (Gradientenelution, z.B. über pH-Wert)
• Fluss durch Schwerkraft
• Eluat tritt unten aus der Säule aus und kann detektiert werden
• High-Tech-Variante: HPLC (große stationäre Oberfläche, hoher Druck nötig)
Säulenchromatographie (Forts.)
• Retentionszeiten: Durchlaufszeiten der einzelnen Substanzen durch die Säule (vom Startpunkt bis zum Peakmaximum)• Die Peakfläche ist proportional zur Stoffmenge der entsprechenden Substanz• Nur wenn deutliche Abstände zwischen den Peaks erkennbar sind, wurde das Stoffgemisch wirklich getrennt
Dünnschicht-Chromatographie
• verdrängte die Papierchromatographie, die heutzutage nur noch für Demonstrationszwecke eingesetzt wird (schnellere und bessere Trennung)
• erstmals 1938 verwendet
• stationäre Phase: häufig Kieselgel oder Aluminiumoxid (sehr resistent)
• effektiv: Trennung von polaren und unpolaren Substanzen
Trennung von Alanin, Glycin und Valin in unpolarem Lösungsmittel
und Kieselgel (polar) als stationärer Phase
Rf – Wert (retarding-front)
b
aR f
b
a Laufstrecke der Substanz
Laufstrecke des Lösungsmittels
Weitere Entwicklungen
• Gaschromatographie
• Weiterentwicklungen der Säulenchromatographie (HPLC)
• …
Quellen
• http://www.chemieunterricht.de
• http://www.med4you.at