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Chromatographische Trennverfahren

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Chromatographische Trennverfahren . Forschungszentrum caesar SimuLab Stefan Hartmann. Reihe Experimentalkurse Kurs 1: HPLC-Messungen. Was ist Chromatographie?. Unter dem Begriff Chromatographie werden physikalische Methoden zusammengefasst, bei denen eine Stofftrennung durch

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Presentation Transcript
chromatographische trennverfahren

ChromatographischeTrennverfahren

Forschungszentrum caesar

SimuLab

Stefan Hartmann

Reihe Experimentalkurse

Kurs 1: HPLC-Messungen

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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)

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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)
slide4

HPLC

Chromatographische Techniken:

Ein erster Überblick

Phasen

stationär / mobil

Technik

fest / flüssig

flüssig / flüssig

flüssig / gasförmig

grundprinzip bei allen techniken
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.
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Grundprinzip

mobile Phase

stationäre Phase

©

www.med4you.at

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Einteilung nach dem Ziel

  • Analytische Chromatographie:
  • Nachweis von Stoffen und deren Konzentrationen
  • Präparative Chromatographie:
  • Isolierung von Stoffen zur weiteren Verwendung
mechanismen in der chromatographie
Mechanismen in der Chromatographie
  • Molekularsieb
  • Adsorptionsphänomene
  • Verteilungsphänomene (Löslichkeit)
  • Ionen-Austausch
  • Affinitätsphänomene

Häufig wirkenbei einerbestimmten

Chromatographie mehrere dieser Mechanismen.

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Das Molekularsieb

stationäre Phase: löchrige, porentragende Oberfläche

Anwendung: Gel-Chromatographie mit Agarose

Trennung von Proteingemischen nach Größe

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Adsorptionsphänomene

Adsorption: Reversible Fixierung eines Substrats auf

einer Oberfläche durch elektronische Wechselwirkungen

Anwendung: in nahezu allen chromatographischen Trennverfahren (auch in der HPLC)

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Chemisorption:

kovalente oder ionische Bindung zwischen Substrat und Oberfläche

Physisorption:

schwache elektronische Wechselwirkungen zwischen Substrat und Oberfläche

(z.B. WBBen, van-der-Waals-Kräfte)

Rund um die Adsorption

Quarz

WBB

Nicht zu verwechseln mit Absorption:

Aufnahme von Materie durch einen Körper

!

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Das Lösemittel läuft nur sehr langsam durch die Säule

Sehr hoher Druck (~ 200 bar) notwendig!

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.

Im Vergleich:

In der HPLC ist der Zerteilungsgrad besonders klein!

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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
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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

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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)

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Geschichte der Chromatographie

Rotweinfleck auf einem Leinentuch

Ferdinand Friedlieb Runge,

deutscher Chemiker (1794-1867)

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Zunächst: rein ästhetische Motivation

Auftropfen einer Lösung auf Saugpapier

Runge sah sich als „Künstler der anorganischen Moleküle“.

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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 dem

Laufmittel löst, desto weiter wird er

in der mobilen Phase transportiert.

Trennung farbloser Substanzen durch Anfärben, Spektroskopie oder Fluoreszenz.

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Wichtig: Wahl des richtigen Laufmittels

Auftrennung von Filzschreibefarben

in unterschiedlich polaren Laufmitteln

deutliche Unterschiede in der Trennleistung!

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Entdecker der Chromatographie

als wissenschaftliches Trennverfahren

Mikhail Semenovich Tswett

(russischer Botaniker,

1872-1919)

„Adsorptionsanalyse und

chromatographische Methoden.

Anwendung auf die Chemie des

Chlorophylls.“ (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

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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)
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Säulenchromatographie (Forts.)

  • Retentionszeiten: Durchlaufszeitender 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
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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

r f wert retarding front
Rf – Wert (retarding-front)

Laufstrecke der Substanz

Laufstrecke des Lösungsmittels

weitere entwicklungen
Weitere Entwicklungen
  • Gaschromatographie
  • Weiterentwicklungen der Säulenchromatographie (HPLC)
quellen
Quellen
  • http://www.chemieunterricht.de
  • http://www.med4you.at