Dünnschicht-Chromatographie

Chromatographie

Die Chromatographie ist eine Technik, die in der organischen Chemie verwendet wird, um Verbindungen in einem Gemisch auf der Grundlage ihrer unterschiedlichen Löslichkeit zwischen zwei verschiedenen Phasen zu trennen. Das Konzept ist ähnlich wie bei der Flüssig-Flüssig-Extraktion, nur dass bei der Chromatographie die beiden Phasen aus der stationären und der mobilen Phase bestehen. Die stationäre Phase ist ein Feststoff – typischerweise eine mikroskalige Hydrogelkugel – während die mobile Phase ein Trägerlösungsmittel ist.

Bei der herkömmlichen Chromatographie wird die stationäre Phase in eine vertikale Säule gepackt und das Lösungsgemisch am oberen Ende der Säule eingeführt. Wenn das Gemisch durch die stationäre Phase fließt, teilen sich die Verbindungen aufgrund ihrer Strukturen und Polaritäten zwischen der stationären und der mobilen Phase auf und bilden diskrete Banden. Gelöste Stoffe, die schwach mit der stationären Phase wechselwirken, bewegen sich schneller durch die Säule und treten zuerst aus der Säule aus – oder eluieren sie. Gelöste Stoffe, die stärker mit der stationären Phase wechselwirken, bewegen sich langsam durch die Säule und eluieren später. Die Banden können einzeln gesammelt werden, um Verbindungen in einem Gemisch zu isolieren und zu reinigen.

Es gibt verschiedene Arten der Chromatographie, die jeweils eine andere chemische Eigenschaft nutzen, um eine Trennung zu erreichen. Bei der Ionenaustauschchromatographie können beispielsweise die Kügelchen der stationären Phase positiv oder negativ geladen sein und nur Moleküle mit entgegengesetzter Ladung anziehen. Bei der Größenausschlusschromatographie besteht die poröse stationäre Phase aus Kügelchen wie Agarose- oder Dextranpolymeren. Kleinere Moleküle können leichter in die Poren eindringen, während die größeren Moleküle an den Poren vorbeifließen und schneller eluieren.

Dünnschicht-Chromatographie

Die Dünnschichtchromatographie (DC) ist eine Art von Chromatographietechnik, bei der Verbindungen anhand ihrer Polarität getrennt werden. Wie bei der herkömmlichen Chromatographie gibt es bei einem DC-System drei Komponenten: die stationäre Phase, die mobile Phase und den gelösten Stoff. Im Gegensatz zur herkömmlichen Chromatographie ist die stationäre Phase jedoch in einer dünnen Schicht auf einer Platte angeordnet und nicht in einer Säule verpackt. Bei der Gleichstromversorgung wird am häufigsten polares Kieselgel, eine Form von Siliziumdioxid, als stationäre Phase verwendet. Die stationäre Phase bildet aufgrund der OH-Gruppen auf ihrer Oberfläche Wasserstoffbrückenbindungen.

Zuerst wird mit einem Bleistift eine Startlinie auf die Unterseite der TLC-Platte gezeichnet. Die zu analysierenden Verbindungen oder Mischungen werden auf der Startlinie mit einer dünnen Kapillare aufgespürt. Dann wird der Boden der Platte in die mobile Phase getaucht, bei der es sich in der Regel um ein organisches Lösungsmittel handelt, das weniger polar ist als die stationäre Phase. Das Lösungsmittel wandert durch Kapillarwirkung die Platte hinauf, passiert die gelösten Flecken und reißt einen Teil jeder Komponente mit sich.

Wenn das Lösungsmittel die Platte hinaufwandert, teilen sich die Komponenten entweder in die mobile Phase oder in die stationäre Phase. Ist das Bauteil polar, interagiert es stärker mit der polaren stationären Phase. Er bewegt sich langsam und bewegt sich nur eine kurze Strecke auf der TLC-Platte. Wenn die Komponente der Probe weniger polar ist – und in der mobilen Phase löslicher ist als in der stationären Phase –, interagiert sie stärker mit der mobilen Phase und bewegt sich weiter auf der DC-Platte. Das Ausmaß der Polarität des Bauteils und die mobile Phase sind essentiell, um die Trennung zu verstehen und vorherzusagen.

DC-Platten enthalten in der Regel einen UV-reaktiven Fluoreszenzfarbstoff, der unter einer UV-Quelle von 254 Nanometern leuchtet. Daher können DC-Platten analysiert werden, indem sie unter UV-Licht betrachtet werden. Verbindungen innerhalb der DC-Platte, wie z. B. die gelösten Stoffe, werden im Vergleich zu einem grünen Hintergrund als dunkle Flecken angezeigt. Indem man die Flecken mit einem Graphitstift umkreist, kann die Strecke gemessen werden, die die Verbindungen relativ zur Lösungsmittelfront zurückgelegt haben. Der Fleck der organischen Verbindung, wenn er nicht selbst fluoreszierend ist, maskiert die Fluoreszenz der Platte und zeigt sich als dunkler Fleck. Einige organische Verbindungen sind UV-aktiv und geben Licht ab, wenn sie UV-Licht ausgesetzt werden. Dabei handelt es sich in der Regel um konjugierte Verbindungen, d. h. solche mit abwechselnden Doppel- und Einfachbindungen, die an der emittierten Wellenlänge zu erkennen sind.

Verzögerungsfaktor

Durch die Analyse des Verzögerungsfaktors (R_f) einer Komponente mit einem bestimmten Lösungsmittel kann ein unbekannter gelöster Stoff mit Hilfe von DC bestimmt werden. Der Verzögerungsfaktor ist das Verhältnis der von einer Komponente zurückgelegten Strecke zur von der mobilen Phase zurückgelegten Strecke.

Die von dem gelösten Stoff zurückgelegte Strecke wird von der Startlinie bis zum Mittelpunkt des Spots gemessen, und die von der beweglichen Phase zurückgelegte Strecke wird von derselben Startlinie bis zur Lösungsmittelfront gemessen. Der Verzögerungsfaktor einer Verbindung hängt von der verwendeten mobilen Phase ab. Der Verzögerungsfaktor ist groß für Verbindungen, die hochgradig unpolar sind und eine unpolare bewegliche Phase aufweisen. Niedrige Werte für den Verzögerungsfaktor sind bei polaren Komponenten mit einer unpolaren beweglichen Phase zu beobachten.

Bei einer stark unpolaren mobilen Phase kann es vorkommen, dass sich einige polare Komponenten überhaupt nicht bewegen. Daraus resultiert ein extrem niedriger Verzögerungsfaktor und eine unzureichende Trennung. Eine hochpolare mobile Phase bewirkt, dass sich die Verbindung mit dem Lösungsmittel bewegt und einen extrem hohen Verzögerungsfaktor erzeugt. Dies führt zu einer sehr geringen Trennung zwischen den Komponenten.

Damit die Trennung wirksam ist, sollten die Verzögerungsfaktoren der Komponenten etwa 0,3 - 0,7 auseinander liegen. Um die effiziente mobile Phase zu finden, wird Versuch und Irrtum eingesetzt. Oft erweist sich eine Mischung aus zwei Lösungsmitteln als am effektivsten.

Referenzen

1. Harris, D.C. (2015). Quantitative chemische Analyse. New York, NY: W.H. Freeman und Company.