Anorganische Chemie

Chromatographie

Was ist die Chromatographie und was ist ein Chromatogramm? Welche Methoden zur Chromatographie gibt es? Das erklären wir dir in dem folgenden Beitrag.

Um das Thema noch schneller zu verstehen, kannst du dir gerne unser Video dazu anschauen! %Videoverweis

Inhaltsübersicht

Chromatographie einfach erklärt

Die Chromatographie (auch Chromatografie) dient dazu, ein Stoffgemisch in seine einzelnen Bestandteile aufzutrennen

Definition Chromatographie

Bei der Chromatographie wird ein Stoffgemisch  in seine einzelne Bestandteile aufgetrennt.

Die einzelnen Substanzen der Probe in der mobilen Phase treten bei der Chromatographie mit der stationären Phase, welche sich nicht bewegt, in Wechselwirkung. Hierbei bildet die Probe mit einem Laufmittel die mobile Phase. Die verschiedenen Methoden, eine Chromatographie durchzuführen, betrachten wir im Anschluss.

Mobile und stationäre Phase

Deine mobile Phase ist genau das Stoffgemisch, welches sich bewegt und aufgetrennt werden soll. Hierbei benötigt deine mobile Phase ein Laufmittel, welches das Stoffgemisch durch die stationäre Phase trägt. Das Laufmittel kann je nach dem eine Flüssigkeit (Hexan, Ethylacetat, …) oder ein unreaktives Gas (Helium, Stickstoff, …) sein.

Die stationäre Phase hingegen bewegt sich nicht. Sie kann hierbei aus einem Gel, einem Feststoff oder einer Flüssigkeit bestehen. Dein Stoffgemisch in der mobilen Phase wird aufgrund zwischenmolekularer Wechselwirkungen mit der stationären Phase aufgetrennt. 

Chromatogramm

Das Chromatogramm ist das Ergebnis der Chromatographie. Dabei unterscheidest du zwischen äußeren und inneren Chromatogrammen.

Ein äußeres Chromatogramm erhältst du beispielsweise bei der Gaschromatographie mit einem Detektor. Der Detektor registriert die einzelnen Komponenten des aufgetrennten Gemisches in Abhängigkeit der Zeit. Du hast also auf der x-Achse die Zeit und auf der y- Achse die Häufigkeit, mit der deine Komponenten zur jeweiligen Zeit auf den Detektor treffen, gegeben. Das innere Chromatogramm zeigt dir die Verteilung der einzelnen Komponenten des aufgetrennten Gemisches in Abhängigkeit des Ortes. Hierbei brauchst du keinen Detektor, da dein aufgetrenntes Gemisch einfach in der stationären Phase verteilt ist. Dies ist beispielsweise bei der Dünnschichtchromatographie der Fall. 

Chromatographie Methoden

Schauen wir uns nun verschiedene Methoden in der Chromatographie an.

  Dünnschicht-chromatographie Papier-chromatographie Säulen-chromatographie Ionenaustausch-chromatographie Gas-chromatographie
Laufmittel flüssig (z. B. Wasser, Ethanol, Isopropanol, …) flüssig (z. B. Wasser, Ethanol, Isopropanol, …) flüssig (z. B. Hexan, Ethylacetat, …) flüssig (Pufferlösung/Salzlösung) gasförmig (z. B. Stickstoff, Helium, …)
stationäre Phase fest (z. B. Kieselgel, Zellulose, …) fest (Papier) fest (z. B. Kieselgel, Aluminiumoxid, …) fest (z. B. Ionenaustauscher auf Polymerbasis, …) fest (z. B. Polyorganosiloxane, …)
Analysesubstanz fest (gelöst), flüssig fest (gelöst), flüssig fest (gelöst), flüssig fest (gelöst), besonders für Proteine gasförmig

Die verschiedenen Methoden in der Chromatographie und ihre Besonderheiten haben wir mal in einer Tabelle geordnet. Dabei hast du eine Übersicht über das Laufmittel, die stationäre Phase und die Analysesubstanz.

Dünnschicht- und Papierchromatographie

Kommen wir zuerst zur Dünnschichtchromatographie. Mit der Dünnschichtchromatographie trennst du eine Probe schnell und kostengünstig in ihre Bestandteile auf. Dein Laufmittel transportiert deine Probe aufgrund von Kapillarkräften die stationäre Phase hinauf. Die Trennung deines Stoffgemisches basiert darauf, dass sich deine Bestandteile unterschiedlich stark mit der stationären Phase wechselwirken. Auch die Wechselwirkung mit der mobilen Phase spielt eine Rolle bei der Auftrennung deines Stoffgemisches. Du erhältst dabei ein inneres Chromatogramm. Hast du eine farblose Probe, so musst du deine Probe erst einmal sichtbar machen. Dies machst du, indem du dein Chromatogramm unter eine UV-Lampe hältst.

Möchtest du mehr zur Dünnschichtchromatographie sowie zur Auswertung eines Dünnschichtchromatogramms wissen, dann schau dir gerne unser Video dazu an.

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Dünnschichtchromatographie

 

Die Papierchromatografie ist eine sehr alte Methode, um kleine Substanzmengen aufzutrennen. Du tüpfelst dabei deine Probe auf einen definierten Startpunkt deines Filterpapiers. Dein Filterpapier ist dabei deine stationäre Phase. Deine mobile Phase, meist Wasser, wandert nun aufgrund von Kapillarkräften dein Filterpapier hoch. Hierbei transportiert das Wasser deine Probe nun. Bestimmte Komponenten der Probe lösen sich besser im Wasser, andere Komponenten haften besser an dem Filterpapier. Somit wird deine Probe getrennt. Wie bei der Dünnschichtchromatographie erhältst du am Ende ein inneres Chromatogramm.

Säulenchromatographie

Gucken wir uns nun die Säulenchromatographie an. Mit der Säulenchromatographie trennst du insbesondere größere Stoffmengen auf.

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Säulenchromatographie

 

Deine stationäre Phase befindet sich in einem langgezogenem Behälter, der Säule. Hierbei bildet meist entweder Kieselgel oder Aluminiumoxid deine stationäre Phase. Die stationäre Phase muss dicht gestopft sein, darf also keine Lücken aufweisen. Damit dein Hahn am Säulenende nicht verstopft, legst du in den unteren Säulenabschnitt meist Glaswolle oder Watte hinein. Deine Säule füllst du zunächst von oben mit ein wenig Laufmittel und gibst nun deine Probe zu. Anschließend gibst du kontinuierlich Laufmittel hinzu. Dabei darf deine Säule niemals trocken laufen! Deine Substanzen in der Probe, die am schnellsten durch die Säule wandern, treten zuerst aus der Säule aus. Die austretende Flüssigkeit nennst au auch Eluat.

Meist machst du, bevor du mit einer Probe die Säulenchromatographie durchführst, eine Dünnschichtchromatographie. Mit diesem Vorgehen kannst du besser abschätzen, wann deine Probe aus der Säule tritt.

Ionenaustauschchromatographie

Mithilfe der Ionenaustauschchromatographie trennst du vor allem Proteine auf. Hierbei spielt die Ladung der Proteine die entscheidende Rolle. Als stationäre Phase dient ein Ionenaustauscher. An Ionenaustauschern kannst du gelöste Ionen durch andere Ionen mit der gleichen Ladung ersetzen. Proteine können fungieren dabei ebenfalls als Ionen, da sie auch positiv oder negativ geladen sein können.

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Ionenaustauscher

 

Schauen wir uns als Beispiel negativ geladene Proteine an. Diese Proteine gibst du nun auf deinen Ionenaustauscher. Hierbei werden deine Proteine mit dem Ionenaustauscher gebunden. Gibst du nun negativ geladene Ionen, also Anionen hinzu, so konkurrieren deine negativ geladenen Proteine mit den Anionen um die Bindungsstellen am Ionenaustauscher. Proteine mit geringerer negativer Ladung werden in dem Beispiel leichter von deinen Anionen als Proteine mit höherer negativer Ladung verdrängt.

Der Versuchsaufbau ist meist ähnlich zu dem der Säulenchromatographie

Gaschromatographie

Die Gaschromatographie unterscheidet sich insbesondere in der mobilen Phase von den anderen Methoden der Chromatographie. Ein unreaktives Gas wie Helium und Stickstoff dient hierbei mit einer gasförmigen Probe als mobile Phase. In der Regel trennst du mit der Gaschromatographie organische Stoffe. Die Trennung einer Probe erfolgt in einem dünnen, spiralförmigen Röhrchen, der Trennsäule, die mit beispielsweise Polyorganosiloxanen beschichtet ist. Diese Polyorganosiloxane bilden deine stationäre Phase.

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Gaschromatographie

 

Deine Probe durchläuft nach dem Einspritzen der Probe über den Injektor nun die Trennsäule. Hierbei wandern deine zu trennenden Stoffe unterschiedlich schnell durch die stationäre Phase. Unterschiedlich starke Wechselwirkungen mit der stationäre Phase sorgen für die unterschiedliche Geschwindigkeit, mit der deine Probe durch dein Trennröhrchen wandert. Ein Detektor registriert nun die einzelnen Bestandteile in Abhängigkeit der Zeit.

Möchtest du noch mehr zur Gaschromatographie und speziell zur Auswertung von Gaschromatogrammen wissen, dann schaue dir gerne unser Video zu diesem Thema an.

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