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2.3. AUSWERTUNG - Chromatographie - Naturwissenschaftliches ...

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Dr. J. P. Ewald und W. Woll<br />

CHROMATOGRAPHIE<br />

http://www.ntk-landau.de/chromatographie


VORWORT<br />

WOZU DIESE SEITE?<br />

Am Naturwissenschaftlichen Technikum Dr. K¸nkele in Landau werden BTA (Biologischtechnische<br />

Assistenten/Assistentinnen), CTA (Chemisch-technische<br />

Assistenten/Assistentinnen), MTA (Medizinisch-technische Assistenten/Assistentinnen) und<br />

PTA (Pharmazeutisch-technische Assistenten/Assistentinnen) ausgebildet. Sie alle<br />

durchlaufen dabei u.a. ein chromatographisches Praktikum, diese Seiten dienen der<br />

selbst‰ndigen Praktikumsvorbereitung durch die Sch¸ler. <strong>Chromatographie</strong> ist ein<br />

wichtiges Verfahren f¸r chemische Analysen. Die theoretischen und praktischen Grundlagen<br />

werden hier erl‰utert. Genaue Versuchsvorschriften finden sich hier nicht, da sie von den<br />

Fachrichtungen, den vorhandenen Mˆglichkeiten und dem technischen Fortschritt abh‰ngen.<br />

Die Seite wurde im Rahmen eines Fortbildungskurses INTEL - Lehren f¸r die Zukunft<br />

erstellt.<br />

WAS FINDEN SIE HIER?<br />

� Zur ersten Orientierung kann die Sitemap dienen, in der alle behandelten Themen<br />

¸bersichtlich zu finden sind.<br />

� In einem Glossar kˆnnen Sie jederzeit Fachbegriffe nachschlagen.<br />

� Weitere Informationsquellen sind unter Literatur und Links zu finden.<br />

� Das Impressum macht auf einige juristisch notwendige Vorbehalte aufmerksam.<br />

FEEDBACK<br />

Diese Seite ist sicherlich nicht perfekt. Deshalb sind wir dankbar f¸r R¸ckmeldungen. Dazu<br />

sind zwei Mˆglichkeiten vorbereitet:<br />

� Sie kˆnnen ein entsprechendes Formular ausdrucken und ausf¸llen oder<br />

� sich per E-Mail an uns wenden.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 1<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


SITEMAP<br />

Einleitung<br />

Grundlagen<br />

D¸nnschichtchromatographie ( DC )<br />

Fl¸ssigkeits-S‰ulenchromatographie<br />

Gaschromatographie ( GC )<br />

Gleichgewichte I<br />

Trennprinzip<br />

Auswertung<br />

Trennsysteme<br />

Versuchstechnik<br />

Fehlerquellen<br />

Mobile Phasen<br />

Pumpen<br />

Probenaufgabe<br />

S‰ulen<br />

Detektoren<br />

Fehlerquellen<br />

Gasversorgung<br />

Probenaufgabe<br />

S‰ulen<br />

Detektoren<br />

Fehlerquellen<br />

Beispiele<br />

Zwei Verfahren<br />

DC-Auswertung<br />

SC-Auswertung<br />

Flieflmittel<br />

Schichtmaterialien<br />

Probenauftrag<br />

Entwicklung<br />

Nachbehandlung<br />

Integrator<br />

Berechnungen<br />

Glossar<br />

Literatur und Links<br />

Impressum<br />

<strong>Chromatographie</strong> 2<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


1. EINLEITUNG ................................................................................................... 4<br />

2. GRUNDLAGEN ................................................................................................ 5<br />

2.1. Gleichgewichte I ...................................................................................... 5<br />

2.1.1. Beispiele ............................................................................................ 7<br />

2.2. Trennprinzip .......................................................................................... 10<br />

2.2.1. Zwei Verfahren................................................................................ 13<br />

<strong>2.3.</strong> Auswertung............................................................................................ 15<br />

<strong>2.3.</strong>1. DC-Auswertung............................................................................... 16<br />

<strong>2.3.</strong>2. SC-Auswertung ............................................................................... 18<br />

<strong>2.3.</strong>2.1. Integrator................................................................................... 20<br />

<strong>2.3.</strong>2.2. Berechnungen............................................................................ 23<br />

3. D‹NNSCHICHTCHROMATOGRAPHIE ( DC ) .................................................. 24<br />

3.1. Trennsysteme......................................................................................... 25<br />

3.1.1. Flieflmittel ....................................................................................... 26<br />

3.1.2. Schichtmaterialien ........................................................................... 27<br />

3.2. Versuchstechnik..................................................................................... 29<br />

3.2.1. Probenauftrag .................................................................................. 30<br />

3.2.2. Entwicklung..................................................................................... 31<br />

3.<strong>2.3.</strong> Nachbehandlung .............................................................................. 34<br />

3.3. Fehlerquellen ......................................................................................... 35<br />

4. FL‹SSIGKEITS-SƒULENCHROMATOGRAPHIE ............................................... 36<br />

4.1. Mobile Phasen........................................................................................ 37<br />

4.2. Pumpen.................................................................................................. 38<br />

4.3. Probenaufgabe ....................................................................................... 39<br />

4.4. S‰ulen .................................................................................................... 41<br />

4.5. Detektoren ............................................................................................. 43<br />

4.6. Fehlerquellen ......................................................................................... 45<br />

5. GASCHROMATOGRAPHIE ( GC )................................................................... 49<br />

5.1. Gasversorgung ....................................................................................... 49<br />

5.2. Probenaufgabe ....................................................................................... 50<br />

5.3. S‰ulen .................................................................................................... 53<br />

5.4. Detektoren ............................................................................................. 56<br />

5.5. Fehlerquellen ......................................................................................... 57<br />

6. GLOSSAR...................................................................................................... 60<br />

7. LITERATUR UND LINKS ................................................................................ 64<br />

8. IMPRESSUM .................................................................................................. 65<br />

<strong>Chromatographie</strong> 3<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


1. EINLEITUNG<br />

Zuerst eine (vorl‰ufige) Definition:<br />

ANALYTISCHE CHEMIE<br />

Die <strong>Chromatographie</strong> ist ein Verfahren der<br />

instrumentellen analytischen Chemie zur<br />

Auftrennung von Substanzgemischen.<br />

In der analytischen Chemie werden Substanzen auf ihre Zusammensetzung hin untersucht.<br />

Solche Untersuchungsproben kˆnnen sein:<br />

Trinkwasser (z.B. f¸r S‰uglinge sch‰dlicher Nitratgehalt)<br />

S¸flwaren (z.B. enthaltenen Lebensmittelfarben)<br />

Obst (z.B. Vitamingehalt)<br />

Medikamente (z.B. Menge des enthaltenen Wirkstoffs)<br />

Superbenzin (z.B. giftiger Benzolgehalt)<br />

Bei der Analyse gibt es zwei grunds‰tzliche Fragestellungen:<br />

1. Was ist in der Untersuchungsprobe enthalten? (qualitative Analyse)<br />

2. Wie viel von einer bestimmten Substanz ist in der Untersuchungsprobe enthalten?<br />

(quantitative Analyse)<br />

TRENNVERFAHREN<br />

Bei Substanzgemischen ist zur Beantwortung dieser Fragen oft eine Auftrennung der Probe in<br />

ihre Bestandteile erforderlich. Dazu gibt es eine ganze Reihe von Techniken wie Filtration,<br />

Zentrifugation, Extraktion, Destillation usw. Die <strong>Chromatographie</strong> ist ein solches Trennverfahren.<br />

INSTRUMENTELLE ANALYTIK<br />

Urspr¸nglich wurden Analysen mit Glas- u.a. Ger‰ten in Handarbeit durchgef¸hrt.<br />

Inzwischen werden solche Untersuchungen mittels spezieller Ger‰te angestellt. Dadurch<br />

kˆnnen bei geringeren Kosten mehr Analysen durchgef¸hrt werden. Die Bedienung solcher<br />

Ger‰te erfordert qualifiziertes Personal wie z.B. CTA oder andere technische Assistenten.<br />

Neben den chromatographischen Verfahren werden oft spektrometrische Methoden eingesetzt.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 4<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


VERFAHREN DER CHROMATOGRAPHIE<br />

Das Prinzip der chromatographischen Trennung kann unterschiedlich praktisch umgesetzt<br />

werden.<br />

� Die D¸nnschicht-<strong>Chromatographie</strong> (DC) ist ein einfaches Verfahren, bei dem sehr<br />

leicht ge‰nderte Trennbedingungen erprobt werden kˆnnen. Auf eine quantitative<br />

Auswertung wird hier meist verzichtet.<br />

� Die S‰ulen-<strong>Chromatographie</strong> (SC) und die HPLC (high performance liquid<br />

chromatography) arbeiten mit Fl¸ssigkeiten, die durch Trenns‰ulen strˆmen und dabei<br />

die Untersuchungsproben auftrennen.<br />

� Die Gas-<strong>Chromatographie</strong> (GC) ersetzt die Fl¸ssigkeit durch ein strˆmendes Gas,<br />

arbeiten aber nach dem gleichen Prinzip wie die S‰ulenchromatographie. Sie eignet<br />

sich nat¸rlich nur f¸r fl¸chtige Substanzen.<br />

2. GRUNDLAGEN<br />

‹BERSICHT<br />

Chromatographische Verfahren arbeiten immer mit zwei Phasen, in denen sich die<br />

Komponenten einer Probe befinden kˆnnen. Dabei stellt sich jeweils ein spezifisches<br />

Gleichgewicht ein, d.h. die einzelnen Substanzen sind in jeweils einer charakteristischen<br />

Weise zwischen den beiden Phasen verteilt.<br />

Wenn eine der beiden Phasen fest steht, w‰hrend die andere sich daran vorbei bewegt, wird<br />

die Bewegung der Probenkomponenten von der Gleichgewichtslage mit bestimmt. So kommt<br />

es zu einer Auftrennung der Probe in ihre Bestandteile. Dieses Trennprinzip wird<br />

ausf¸hrlicher erl‰utert.<br />

Schliefllich wollen wir hier einiges zur Auswertung chromatographischer Experimente sagen,<br />

die oft f¸r die verschiedenen Verfahren nach dem gleichen Schema abl‰uft.<br />

2.1. GLEICHGEWICHTE I<br />

CHEMISCHES GLEICHGEWICHT<br />

Bei einer chemischen Reaktion werden die Ausgangsstoffe (Edukte) verbraucht und neue<br />

Produkte gebildet.<br />

Edukte → Produkte<br />

Die Reaktionen kˆnnen unterschiedlich schnell verlaufen, die benˆtigten Zeiten reichen von<br />

Sekundenbruchteilen (z.B. Detonationen) bis zu Jahrhunderten und l‰nger (z.B. in antiken<br />

Gl‰sern). Bei erhˆhter Temperatur und bei grˆflerer Konzentration der Edukte verl‰uft die<br />

Reaktion schneller.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 5<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Oft ist es so, dass eine Reaktion auch umgekehrt verlaufen kann. Dann gibt es eine<br />

Konkurrenz zwischen<br />

� Hinreaktion, die Edukte verbraucht und Produkte erzeugt und<br />

� R¸ckreaktion, die die Produkte der Hinreaktion verbraucht und deren Edukte erzeugt.<br />

Edukte ⇆ Produkte<br />

Von auflen kann man kann man diese beiden Reaktionen nicht getrennt beobachten, man sieht<br />

nur deren Differenz. Wenn die Hinreaktion schneller ist als die R¸ckreaktion, dann werden<br />

insgesamt mehr Edukte verbraucht und mehr Produkte gebildet. Dadurch sinkt die<br />

Geschwindigkeit der Hinreaktion, w‰hrend die R¸ckreaktion schneller wird. Das geht<br />

schliefllich so weit, bis beide Reaktionen gleich schnell sind. Dann spricht man von einem<br />

dynamischen Gleichgewicht, die Konzentrationen ‰ndern sich dann auch langfristig nicht<br />

weiter. Dann gilt f¸r die Konzentrationen der Reaktionspartner das Massenwirkungsgesetz<br />

(MWG).<br />

c(<br />

Produkte)<br />

K �<br />

c(Edukte)<br />

Das einfachste Beispiel f¸r ein dynamisches Gleichgewicht ist das Verteilungsgleichgewicht.<br />

Dazu ein Experiment:<br />

Iod lˆst sich mit gelb-br‰unlicher Farbe in Wasser/Methanol und mit rot-violetter Farbe in<br />

Petrolbenzin. Die beiden Fl¸ssigkeiten sind nicht miteinander mischbar.<br />

Bei Sch¸tteln einer Iod-Lˆsung in Petrolbenzin mit Wasser/Methanol wechselt ein (kleiner)<br />

Teil des Iods in das Wasser/Methanol. Sch¸ttelt man umgekehrt reines Petrolbenzin mit einer<br />

Lˆsung von Iod in Wasser/Methanol, wandert das Iod in entgegengesetzter Richtung ¸ber die<br />

Grenze zwischen den beiden Phasen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 6<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Als Reaktionsgleichung formuliert passiert dabei folgendes:<br />

Iod in Wasser ⇆ Iod in Cyclohexan<br />

Walter NERNST entdeckte, dass man das Massenwirkungsgesetz auch auf solche Experimente<br />

anwenden kann, es tr‰gt dann den Namen NERNSTscher Verteilungssatz.<br />

2.1.1. BEISPIELE<br />

c(<br />

Iod in Wasser )<br />

K �<br />

c(Iod<br />

in Cyclohexan)<br />

Die Verteilung ist nur ein Beispiel, wie Substanzen ein Gleichgewicht zwischen zwei Phasen<br />

finden kˆnnen. In der <strong>Chromatographie</strong> sind folgende Mechanismen wichtig:<br />

� Verteilung<br />

� Adsorption<br />

� Verdampfung<br />

� Dissoziation<br />

� Immunreaktion<br />

� Diffusion<br />

VERTEILUNGSGLEICHGEWICHT<br />

Unter Verteilung versteht man den Austausch einer gelˆsten<br />

Substanz zwischen zwei Fl¸ssigkeiten, die sich nicht miteinander<br />

mischen. Ein Beispiel wurde oben schon besprochen.<br />

Die Reaktionsgleichung lautet:<br />

Iod in Wasser ⇆ Iod in Cyclohexan<br />

c(<br />

Iod in Wasser )<br />

K �<br />

c(Iod<br />

in Cyclohexan)<br />

In diesem Fall bezeichnet man das Massenwirkungs-gesetz auch als Nernstschen Verteilungssatz.<br />

ADSORPTIONSGLEICHGEWICHT<br />

Bei der Adsorption wechselt eine Substanz aus der Fl¸ssigkeit oder der Gasphase auf die<br />

Oberfl‰che einer festen Substanz. Eine Lˆsung von roter Lebensmittelfarbe in Wasser wird<br />

durch Zugabe von festem Polyamidpulver entf‰rbt, die Lebensmittelfarbe ist an das Polyamid<br />

adsorbiert.<br />

F. in Wasser ⇆ F. auf Polyamid<br />

c(<br />

Iod in Wasser )<br />

K �<br />

c(Iod<br />

in Cyclohexan)<br />

Adsorptionsmittel werden u.a. auch zum Entf‰rben von Lˆsungen und als Trockenmittel (z.B. in Arzneimittelrˆhrchen)<br />

eingesetzt. Ein wichtiges Adsorptionsmittel ist Aktivkohle.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 7<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


VERDAMPFUNGSGLEICHGEWICHT<br />

DISSOZIATIONSGLEICHGEWICHTE<br />

Beim Verdampfungsgleichgewicht wechselt eine Substanz aus der<br />

fl¸ssigen Phase (auch Lˆsungen) in die Gasphase und zur¸ck.<br />

Brom ist eines der wenigen gef‰rbten Gase, wo man das<br />

beobachten kann.<br />

Gelˆstes Brom ⇆ Gasfˆrmiges Brom<br />

p(<br />

Gasfˆrmiges<br />

Brom)<br />

K �<br />

c(Gelˆstes<br />

Brom)<br />

Das MWG ist hier auch als HENRYsches Gesetz bekannt. Es kann auch beim<br />

÷ffnen einer Mineralwasserflasche beobachtet werden: bei geringerem Druck<br />

lˆst sich weniger Kohlendioxid im Wasser. Wenn ein Taucher zu schnell<br />

aufsteigt, so dass sich dieses Gleichgewicht nicht einstellen kann, f¸hren<br />

Gasbl‰schen im Blut und im Gewebe zu der gef¸rchteten Taucherkrankheit.<br />

kann, f¸hren Gasbl‰schen im Blut und im Gewebe zu der gef¸rchteten<br />

Taucherkrankheit.<br />

Die Dissoziation eines Elektrolyten, d.h. sein Zerfall in elektrisch geladenen Ionen findet<br />

normalerweise in w‰ssriger Lˆsung statt. Indikatoren wie Bromthymolblau sind Substanzen,<br />

die in dissoziierter Form und in undissoziierter Form unterschiedliche Farben haben. Die<br />

Gleichgewichtslage ñ und damit auch die Farbe der Lˆsung ñ ist stark pH-abh‰ngig.<br />

� �<br />

HA ⇆ H � A<br />

� �<br />

c(H ) �c(A<br />

)<br />

KS<br />

�<br />

c(HA)<br />

Ionenaustauscher sind Feststoffe, an deren Oberfl‰che solche Elektrolytfunktionen fest<br />

gebunden sind. Im Kontakt mit Wasser stellen sich dann Dissoziationsgleichgewichte an der<br />

Oberfl‰che ein. Bei einem Kationenaustauscher konkurrieren die verschiedenen gelˆsten<br />

Kationen um die fest gebundenen Anionen des Austauschers.<br />

Nat¸rliche Ionenaustauscher sind Tonminerale und Humusstoffe im Boden sowie Zeolithe. Im Labor werden<br />

allerdings in der Regel k¸nstliche Ionenaustauscher eingesetzt, das sind Kunstharze mit sauren (z.B. SO3 �<br />

� ,<br />

�<br />

� PO , COO �<br />

� , OH<br />

3 H<br />

�<br />

� ) oder basischen (z.B. � N (CH 3 ) 3 , NH 2<br />

� ) funktionellen Gruppen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 8<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


IMMUNREAKTIONSGLEICHGEWICHTE<br />

Antigene und Antikˆrper reagieren miteinander in einer Immunreaktion. Wird einer der<br />

normalerweise gelˆsten Reaktionspartner auf der Oberfl‰che eines Feststoffs chemisch<br />

gebunden, so kann sich dieses Gleichgewicht auch zwischen zwei Phase einstellen.<br />

c(Ag-Ak)<br />

Ag + Ak ⇆ Ag-Ak KS<br />

�<br />

c(Ag) �c(Ak)<br />

Im Kˆrper dient diese Reaktion der Abwehr von Krankheitserregern und anderer unerw¸nschter Stoffe.<br />

DIFFUSIONSGLEICHGEWICHTE<br />

Unter Diffusion versteht man die langsame Ausbreitung einer Substanz in einem Material<br />

durch die ungeregelte W‰rmebewegung ihrer Molek¸le. Bei gef‰rbten Substanzen wie dem<br />

Kaliumpermanganat in Wasser kann man diese Ausbreitung beobachten (siehe Bild).<br />

F¸r die <strong>Chromatographie</strong> interessant ist die Diffusion in die Hohlr‰ume eines porˆsen<br />

Materials, wenn diese so eng sind, dass sie nur Molek¸le bis zu einer bestimmten Grˆfle<br />

hineinlassen. Je kleiner die Molek¸le sind, desto mehr Poren stehen ihnen zur Verf¸gung, und<br />

desto l‰nger kˆnnen sie sich in dem porˆsen Material aufhalten ñ entsprechend steigt der dort<br />

"gebundene" Anteil der jeweiligen Substanz.<br />

Neben Feststoffen, die aus porˆsen Kˆrnern bestehen, werden im Labor oft auch Gele eingesetzt. Gele sind<br />

Lˆsungen von Makromolek¸len, deren Konzentration so hoch ist, dass die Makromolek¸le ein relativ festes<br />

Ger¸st bilden, in dem das Lˆsungsmittel wie in einem Schwamm gebunden ist. Allgemein bekannt ist Gelatine<br />

als ein solcher Gelbildner.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 9<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


2.2. TRENNPRINZIP<br />

SO GEHT ES NICHT, ...<br />

Die Gleichgewichte f¸r die Verteilung verschiedener Substanzen zwischen zwei Phasen (z.B.<br />

ein Verteilungsgleichgewicht oder auch ein Adsorptionsgleichgewicht) werden unterschiedlich<br />

liegen.<br />

In diesem Beispiel befinden sich unterschiedliche Anteile in den beiden Phasen:<br />

Substanz<br />

Obere Phase 20% 60% 90%<br />

Untere Phase 80% 40% 10%<br />

So ist demnach keine vollst‰ndige Trennung der Substanzen zu erreichen:<br />

<strong>Chromatographie</strong> 10<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


... ABER SO!<br />

In der <strong>Chromatographie</strong> werden die beiden Phasen gegeneinander bewegt, indem man z.B.<br />

eine fl¸ssige Phase durch ein festes Pulver in einem Glasrohr sickern l‰sst. Dann kommt die<br />

Fl¸ssigkeit st‰ndig mit neuer fester Phase in Kontakt und die feste Phase wird st‰ndig von<br />

neuer Fl¸ssigkeit durchsp¸lt. Das Verteilungsgleichgewicht zwischen der Fl¸ssigkeit und der<br />

festen Phase muss sich st‰ndig neu einstellen. (Auch in diesem Fall kann ein Verteilungsgleichgewicht vorliegen, wenn die<br />

feste Phase oberfl‰chlich mit einem d¸nnen Film einer zweiten Fl¸ssigkeit ¸berzogen ist.) Gedanklich kann man das Verfahren<br />

in zwei Schritte zerlegen, die sich laufend abwechseln:<br />

DAS MODELL DER THEORETISCHEN B÷DEN<br />

1. Die mobile Phase flieflt eine bestimmte Strecke (die Hˆhe eines theoretischen Bodens)<br />

weiter. Dadurch kommt sie in Kontakt mit neuer station‰rer Phase.<br />

2. Die mobile Phase wird in Gedanken angehalten, das Gleichgewicht zwischen beiden<br />

Phasen stellt sich neu ein. Vorne wird Substanz aus der mobilen Phase in die<br />

station‰re Phase wechseln, w‰hrend weiter hinten ein umgekehrter Austausch<br />

stattfindet.<br />

Diese beiden Schritte finden ñ in diesem Modell ñ im laufenden Wechsel statt. Das folgende<br />

Bild zeigt den Ablauf:<br />

<strong>Chromatographie</strong> 11<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


<strong>Chromatographie</strong> 12<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Wenn man dieses Modell Schritt f¸r Schritt durchrechnet, stellt man fest, dass eine Substanz,<br />

die in einem theoretischen Boden aufgegeben wurde, sich im Laufe der Zeit ¸ber mehrere<br />

benachbarte Bˆden ausbreitet. Diese Verbreiterung wird in der Praxis tats‰chlich gefunden<br />

und man kann daraus die Hˆhe eines theoretischen Bodens bestimmen. Man findet Werte von<br />

wenigen Millimetern bis zu Bruchteilen eines Millimeters.<br />

DIE RESULTIERENDE GESCHWINDIGKEIT<br />

� Die mobile Phase strˆmt mit einer bestimmten Geschwindigkeit v0 (in mm/s) durch<br />

die station‰re Phase.<br />

� Je nach Lage des Gleichgewichts wird sich eine bestimmte Substanz zu einem<br />

bestimmten Anteil x in der mobilen Phase befinden, w‰hrend der restliche Anteil (1-x)<br />

momentan in der station‰ren Phase gebunden ist und nicht wandert.<br />

� Weil die Substanz zwischen den beiden Phasen wechseln kann, wandert sie als<br />

geschlossene Zone durch die station‰re Phase. Die Durchschnittsgeschwindigkeit<br />

betr‰gt dabei v � x � v0<br />

� ( 1�<br />

x)<br />

� 0 mm / s also : v � x � v 0<br />

� Verschiedene Substanzen haben unterscheiden sich in der Gleichgewichtslage und<br />

wandern deshalb mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten.<br />

2.2.1. ZWEI VERFAHREN<br />

AUS DEM SPORT<br />

Beim Laufen gibt es grunds‰tzlich zwei Mˆglichkeiten, eine Geschwindigkeit zu bestimmen:<br />

1. Man kann ñ wie beim 100 m Lauf ñ eine bestimmte Strecke vorgeben und dann<br />

feststellen, wie viel Zeit die Teilnehmer f¸r diese Strecke benˆtigen, oder<br />

2. Seltener ist die Frage, wie weit die L‰ufer in einer bestimmten Zeit (z.B. eine Stunde)<br />

kommen.<br />

F¸r beide Mˆglichkeiten finden sich auch in der <strong>Chromatographie</strong> Beispiele.<br />

PLANAR-CHROMATOGRAPHIE<br />

Bei dieser Form der <strong>Chromatographie</strong> wird die station‰re Phase als d¸nne Schicht auf einem<br />

inerten Tr‰germaterial aufgetragen. (D¸nnschicht-<strong>Chromatographie</strong> = DC = thin layer<br />

chromatography = TLC). Fr¸her wurde auch spezielles Filterpapier in der<br />

Papierchromatographie (PC) als station‰re Phase eingesetzt, was sich heute durch DC-<br />

Schichten aus mikrokristalliner Cellulose er¸brigt.<br />

Die zu untersuchenden Proben werden auf einer Seite der Schicht aufgetragen und dann von<br />

dort mittels Kapillarkr‰ften die mobile Phase durch die Schicht geleitet. Danach wird die<br />

Schicht getrocknet und man kann in dem erhaltenen Chromatogramm feststellen, wie weit die<br />

einzelnen Komponenten der Probe gewandert sind.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 13<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


SƒULEN-CHROMATOGRAPHIE<br />

Ganz anders bei der S‰ulenchromatographie: Dort wird ein Rohr, das mit der pulverfˆrmigen<br />

station‰ren Phase gef¸llt ist, von der mobilen Phase durchstrˆmt. Zu Beginn der<br />

beabsichtigten Trennung gibt man die Probe an den Anfang dieser "S‰ule". An deren Ende<br />

befindet sich ein Detektor, der das Austreten von Probenkomponenten anzeigt. Dessen Signal<br />

wird kontinuierlich aufgezeichnet, das entsprechende Diagramm wird ebenfalls als<br />

"Chromatogramm" bezeichnet. Die einzelnen Ausschl‰ge markieren jeweils (mindestens) eine<br />

Substanz und werden als Peaks bezeichnet.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 14<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Die mobile Phase kann sein<br />

� fl¸ssig bei der HPLC und der (Fl¸ssigkeits-)S‰ulenchromatographie oder<br />

� gasfˆrmig bei der Gaschromatographie.<br />

<strong>2.3.</strong> <strong>AUSWERTUNG</strong><br />

ZWEI FRAGEN<br />

Qualitative Analyse<br />

Welche Substanzen sind in einer Probe enthalten?<br />

Als Trennmethoden sind chromatographische Verfahren zur Beantwortung dieser Frage gut<br />

geeignet. Es werden einfach parallel die Proben und Lˆsungen mit bekannter<br />

Zusammensetzung (Standards) untersucht. Substanzen, die bei der Trennung gleich schnell<br />

wandern, kˆnnen identisch sein. Wandern sie mit unterschiedlicher Geschwindigkeit, so sind<br />

sie mit Sicherheit nicht gleich. F¸r eine sichere Identifizierung werden also weitere Indizien<br />

benˆtigt: Das kˆnnen z.B. weitere chromatographische Trennungen unter anderen<br />

Bedingungen sein oder bestimmte physikalische Eigenschaften, die im Zusammenhang mit<br />

der Trennung festgestellt werden (Farbe, Fluoreszenz, Leitf‰higkeit, Reaktionsf‰higkeit, ...).<br />

Quantitative Analyse<br />

Wie grofl sind die Konzentrationen der verschiedenen Substanzen in der Probe?<br />

Wenn am Ende der Trennung eine physikalische Grˆfle gemessen wird, deren Wert zur<br />

Konzentration des gesuchten Stoffes proportional ist, kann auch diese zweite Frage<br />

beantwortet werden. Meist dient die Extinktion der Lˆsung bei einer bestimmten Wellenl‰nge<br />

dazu, aber auch andere Verfahren wie Leitf‰higkeits- oder Fluoreszenzmessungen kommen in<br />

Frage. Die Einzelheiten dieser Nachweisverfahren richten sich nach der verwendeten<br />

Trenntechnik (siehe bei D¸nnschichtchromatographie, S‰ulenchromatographie und<br />

Gaschromatographie).<br />

ANTWORTEN<br />

Die Antworten finden Sie hier (getrennt nach den beiden grunds‰tzlichen Verfahren):<br />

� Auswertung bei der Planarchromatographie (DC und PC)<br />

� Auswertung bei der S‰ulenchromatographie (auch HPLC und GC)<br />

<strong>Chromatographie</strong> 15<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


<strong>2.3.</strong>1. DC-<strong>AUSWERTUNG</strong><br />

QUALITATIVE <strong>AUSWERTUNG</strong><br />

1. Am einfachsten kann eine Substanz identifiziert werden, wenn die in Frage<br />

kommenden Standards auf der selben Platte aufgetragen werden. Probe und Standards<br />

werden dadurch unter exakt gleichen Bedingungen entwickelt. Wenn Probenfleck und<br />

der Fleck eines Standards sich in folgende Eigenschaften entsprechen, kˆnnen die<br />

beiden Substanzen identisch sein:<br />

� gleiche Wanderungsstrecke (Mittelpunkt der Flecken)<br />

� gleiche Farbe (u.U. wegen unterschiedlicher Menge in verschiedener<br />

Intensit‰t)<br />

� gleiches Verhalten gegen¸ber UV-Licht (Fluoreszenzfarbe bzw. Fluoreszenzlˆschung)<br />

� ggf. entsprechendes Verhalten beim Bespr¸hen mit Nachweisreagenzien.<br />

Die Grˆfle der Flecken ist dabei nicht entscheidend, sie h‰ngt auch von der<br />

Konzentration der betreffenden Substanz in Probe bzw. Standard ab.<br />

2. Nicht immer hat man die Mˆglichkeit, Standards zusammen mit der Probe zu<br />

untersuchen ñ wenn beispielsweise diese Standards nicht vorliegen und deren Daten<br />

nur in der Literatur zu finden sind oder wenn eine zweidimensionale Entwicklung<br />

notwendig ist, um ein komplexes Gemisch aufzutrennen. In solch einer Situation muss<br />

auf exakt gleiche Trennbedingungen geachtet werden, wie dieselben mobilen und<br />

station‰ren Phasen sowie eine vergleichbare Entwicklungstechnik (Kammers‰ttigung).<br />

Trotzdem wird es in der Regel nicht gelingen, auch die Laufstrecke gleich zu halten.<br />

Dann wird f¸r jede Substanz der Retentionsfaktor (Rf-Wert) berechnet:<br />

Unmittelbar nach der Trennung markiert man mit einem weichen Bleistift die Front<br />

der mobilen Phase auf der Platte. Die Startpunkte kˆnnen ebenso gekennzeichnet<br />

werden (mit Hilfe der Auftragschablone) und auch ñ falls nˆtig ñ die Substanzflecken<br />

auf der Platte. Letztere sollen aber so vorsichtig markiert werden, dass sie noch gut zu<br />

erkennen sind.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 16<br />

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Nach dem Trocknen misst man mit einem Lineal die Entfernung vom Startpunkt zur<br />

Mitte des betreffenden Flecks aus und die Entfernung vom Startpunkt zur<br />

Lˆsungsmittelfront. Diese beiden L‰ngen ergeben als Quotient den Rf-Wert bzw. mit<br />

100 multipliziert den hRf-Wert:<br />

x(i) x(i)<br />

Rf � bzw. hRf � �100%<br />

x x<br />

m.Ph. m.Ph.<br />

Unter den folgenden Bedingungen kˆnnen zwei Substanzen identisch sein:<br />

� Entwicklung auf der gleichen Platte mit dem gleichen Flieflmittel<br />

� vergleichbare Entwicklungstechnik (u.a. Kammers‰ttigung)<br />

� im Rahmen der Messgenauigkeit (Lineal) gleiche Rf-Werte<br />

� gleiche Farbe (u.U. wegen unterschiedlicher Menge in verschiedener<br />

Intensit‰t)<br />

� gleiches Verhalten gegen¸ber UV-Licht (Fluoreszenzfarbe bzw. Fluoreszenzlˆschung)<br />

� ggf. entsprechendes Verhalten beim Bespr¸hen mit Nachweisreagenzien.<br />

QUANTITATIVE <strong>AUSWERTUNG</strong><br />

Eine halbquantitative Aussage kann man an Hand der Farbintensit‰t und der Fleckgrˆfle<br />

treffen (etwa soviel wie im Standard, deutlich weniger o.‰.). Auf eine weiter gehende<br />

quantitative Auswertung wird in der Planarchromatographie oft verzichtet.<br />

Mit entsprechendem Aufwand sind aber auch exakte Konzentrationsbestimmungen oder andere Untersuchungen<br />

mˆglich:<br />

� Der Fleck kann isoliert werden: Auf Glasplatten wird man den entsprechenden Bereich der<br />

Beschichtung abschaben, sonst kann man den Fleck einfach ausschneiden. Das erhaltene Material wird<br />

dann mit einem passenden Lˆsungsmittel extrahiert ñ in der erhaltenen Lˆsung kann dann ein<br />

quantitativer Nachweis (z.B. photometrisch) erfolgen.<br />

� Eine andere Mˆglichkeit ist die Verwendung eines ortsauflˆsenden Reflektions-Photometers (s.u.) oder<br />

-Fluorometers. Solche Ger‰te kann man mit einem kalibrierten Scanner vergleichen: Eine Lichtquelle<br />

strahlt monochromatisches Licht auf die Schicht und dann wird Punkt f¸r Punkt die Intensit‰t des<br />

reflektierten Lichts (bzw. des Fluoreszenzlichtes) ermittelt. Verwendet man dazu die Komplement‰rfarbe<br />

des Flecks, so erh‰lt man auf dem Fleck eine geringere Reflektion, die in geeigneter Weise<br />

aufsummiert wird und dann ein Mafl f¸r die Konzentration der entsprechenden Substanz darstellt.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 17<br />

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<strong>2.3.</strong>2. SC-<strong>AUSWERTUNG</strong><br />

Zur Auswertung werden Probenchromatogramm und Standardchromatogramme verglichen.<br />

Voraussetzung daf¸r sind identische Trennbedingungen:<br />

� Trennung auf der selben S‰ule (zur Not die gleiche S‰ule mit dem gleichen Material,<br />

der gleichen L‰nge und dem gleichen Durchmesser),<br />

� mit der gleichen mobilen Phase,<br />

� mit der selben Flieflgeschwindigkeit der mobilen Phase,<br />

� bei der selben Temperatur,<br />

� unter Verwendung des selben Detektors mit identischen Einstellungen und<br />

� mit identischer Aufzeichnung durch den Integrator.<br />

Weiter m¸ssen die Konzentrationen im Arbeitsbereich des Detektors liegen: Zu kleine<br />

Konzentrationen liefern kein Signal. Bei zu hohen Konzentrationen kann die Proportionalit‰t<br />

zwischen Signal und Konzentration nicht mehr gegeben sein, dann erh‰lt man falsche<br />

Ergebnisse.<br />

QUALITATIVE ANALYSE<br />

Die Retentionszeit tR liefert eine<br />

Information ¸ber die Art der Substanz. Sie<br />

wird gemessen vom Start der Trennung bis<br />

zum Erreichen des maximalen Detektorsignals<br />

der entsprechenden Substanz. Im<br />

Chromatogramm kann man sie als L‰nge<br />

vom Startpunkt bis zum Peak-Maximum<br />

ablesen, meistens werden sie auch direkt mit<br />

dem Peak vom Integrator ausgedruckt.<br />

Je nachdem, wie gut sich die Versuchsbedingungen konstant halten lassen, werden sich die<br />

Retentionszeiten aufeinander folgender L‰ufe geringf¸gig unterscheiden. Durch wiederholte<br />

Trennung desselben Gemisches kann man einen Eindruck von der Variation der<br />

Retentionszeiten erhalten.<br />

Sicherer wird die Identifikation ñ besonders bei komplexen Gemischen mit vielen<br />

Komponenten ñ durch das Anreicherungsverfahren. Dazu wird einem Teil der Probe etwas<br />

der gesuchten Substanz zugesetzt. Deren Peak gibt sich dadurch zu erkennen, dass er nach<br />

dem Zusatz grˆfler wird. Die Menge des Zusatzes sollte so bemessen sein, dass eine deutliche<br />

Vergrˆflerung erzielt wird, ohne dass diese Substanz danach nur noch einen riesigen Peak<br />

liefert, der alles ‹brige zudeckt:<br />

zu wenig in Ordnung zu viel<br />

<strong>Chromatographie</strong> 18<br />

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QUANTITATIVE ANALYSE<br />

Eine Aussage ¸ber die Menge der Substanz liegt in der Grˆfle des Peaks, die auf folgende<br />

Weise ermittelt werden kann:<br />

� Messung der Peakhˆhe<br />

� Produkt von Peakhˆhe und Breite des Peaks auf halber Hˆhe<br />

� Fl‰che des Peaks<br />

Die letzte Mˆglichkeit ist die genaueste und<br />

in der Regel vorzuziehen. Die Fl‰che kann<br />

durch Ausz‰hlen auf mm-Papier, durch<br />

Ausschneiden und wiegen oder mit einem<br />

Planimeter bestimmt werden. Normalerweise<br />

braucht man sich aber nicht darum zu<br />

k¸mmern, da der Integrator bei der<br />

Aufzeichnung des Chromatogramms die<br />

Peakfl‰chen ermittelt und am Ende des<br />

Ausdrucks in einer Tabelle ausgibt ñ meist<br />

als absolute Fl‰chen (in einer willk¸rlichen<br />

Einheit) und als %-Anteile an der<br />

summierten Gesamt-Peakfl‰che<br />

Wenn man sich mit einer Methode vertraut<br />

macht, ist es eine gute Idee, das gleiche<br />

Material mehrfach zu trennen. Man erh‰lt so<br />

einen Eindruck von der Streuung der<br />

Ergebnisse und kann durch Bildung von<br />

Mittelwerten eines Peaks aus mehreren<br />

Chromatogrammen genauere Werte erhalten<br />

ñ f¸r die sp‰tere Routine l‰uft das allerdings<br />

auf unnˆtigen Verbrauch von Ressourcen<br />

(Personal, Ger‰te, Chemikalien, Zeit)<br />

hinaus.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 19<br />

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<strong>2.3.</strong>2.1. INTEGRATOR<br />

AUFGABE UND FUNKTION<br />

Am Ende der Trenns‰ule misst ein Detektor eine physikalische Eigenschaft der mobilen<br />

Phase wie deren Extinktion oder elektrische Leitf‰higkeit. Die Messgrˆfle wird nicht direkt<br />

angezeigt, sondern in eine normierte elektrische Spannung umgewandelt (mit einem<br />

Voltmeter kˆnnte sie dann doch angezeigt werden).<br />

Der Integrator speichert in regelm‰fligen<br />

Abst‰nden das Detektorsignal, kann es ggf.<br />

durch die Bildung eines gleitenden<br />

Mittelwertes gl‰tten (Filter) und druckt es<br />

gleichzeitig als Chromatogramm aus. Nach<br />

Anschluss der Aufzeichnung werden die<br />

gespeicherten Daten ausgewertet: Der<br />

Integrator versucht Peaks zu erkennen, sie<br />

gegeneinander abzugrenzen, die Grundlinie<br />

zu bestimmen und ermittelt dann ihre<br />

jeweilige absolute Fl‰che, auch weitere<br />

Berechnungen sind mˆglich. Neben<br />

speziellen Ger‰ten kann auch eine Labor-<br />

EDV diese Aufgabe ¸bernehmen.<br />

M÷GLICHE EINSTELLUNGEN<br />

Die hier gemachten Angaben beziehen sich auf den HP 3390A Integrator, kˆnnen aber sinngem‰fl auch auf<br />

andere Ger‰te ¸bertragen werden.<br />

Datum (DATE) und Uhrzeit (TIME)<br />

Eine interne Uhr kann beim Einschalten eingestellt werden. In den Ausdrucken erscheinen dann jeweils<br />

die aktuellen Angaben. Das ist eine wichtige Hilfe bei der Zuordnung von Versuch und zugehˆriger<br />

Aufzeichnung.<br />

Nullpunkt der Basislinie (ZERO)<br />

Wird in Prozent der Aufzeichnungsbreite angegeben. Bei 5% oder 10% kˆnnen Schwankungen der<br />

Basislinien erkannt werden. Wenn negative Peaks zu erwarten sind, ist ein Nullpunkt bei 50% oder 90%<br />

sinnvoll.<br />

Abschw‰chung (ATT = attenuation)<br />

Das Messsignal wird vor seiner Verarbeitung abgeschw‰cht, indem es durch 2 ATT dividiert wird. Ein um<br />

1 grˆflerer ATT-Wert halbiert also die Peakhˆhe.<br />

Papiergeschwindigkeit (CHTSPD = chartspeed)<br />

Die Geschwindigkeit der Aufzeichnung des Chromatogramms. Bei einfachen Trennungen sollte sie so<br />

gew‰hlt werden, dass das gesamte Chromatogramm etwa 10 cm lang ist, bei Proben mit vielen<br />

Komponenten entsprechend l‰nger.<br />

Messrate (PK WD)<br />

Abstand der einzelnen Messungen in Minuten, gleichzeitig werden die Gl‰ttungsfilter entsprechend<br />

eingestellt. Sollte deutlich k¸rzer als die Breite des schmalsten zu erwartenden Peaks sein ñ zu kurze<br />

Messzeiten f¸hren aber zu unhandlichen Datenmengen (Rechenzeit). ‹bliche Zeiten liegen zwischen<br />

0,01 min (Kapillar-GC) und 2,5 min (LC mit geringer Trennleistung).<br />

Rauschunterdr¸ckung (THRSH = threshold)<br />

Signalanteile unter dieser Schwelle werden zur Basislinie gerechnet.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 20<br />

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Peakunterdr¸ckung (AR REJ = area reject)<br />

Peaks, deren Fl‰che kleiner ist als dieser Wert, werden bei der Auswertung nicht ber¸cksichtigt.<br />

Steuerung der Basislinienkonstruktion<br />

Es kˆnnen verschiedene Methoden zur Festlegung der Basislinie gew‰hlt werden. Normalerweise wird<br />

die Basislinie als gerade Strecke (u.U. steigend oder fallend) vom Peakanfang zum Peakende gezogen.<br />

INTG() 0 Basislinien auf den aktuellen Wert setzen<br />

INTG() 1 Basislinien beim n‰chsten Minimum setzen<br />

INTG() 2 Basislinie bei allen Minima setzen<br />

INTG() 3 Tangentenmethode beim n‰chsten Peak aktivieren (f¸r aufgesetzte Peaks)<br />

INTG() 4 Tangentenmethode deaktivieren<br />

INTG() 5 Basislinien horizontal extrapolieren<br />

Einige mˆgliche Konstruktionen der Basislinie werden unten gezeigt.<br />

Steuerung des Chromatogrammausdrucks<br />

Mit / Ohne Retentionszeiten (INTG() 7), mit / ohne Integrationsmarkierungen (INTG() 8), mit /<br />

ohne Basislinien oder mit / ohne Zeitskala. Die letzten beiden Mˆglichkeiten bietet der HP 3390A nicht.<br />

Die Integratorparameter kˆnnen auch in einer Zeittabelle programmiert werden, kˆnnen also w‰hrend einer<br />

Trennung ge‰ndert werden.<br />

F¸r Reihenuntersuchungen kˆnnen ferner die Responsefaktoren und weitere Umrechnungsfaktoren eingegeben<br />

werden, so dass im Analysenbericht direkt die gesuchten Konzentrationen erscheinen.<br />

M÷GLICHE AUSGABEN<br />

In der Ausgabe kˆnnen verschiedene Angaben erfolgen, hier wieder in Anlehnung an das o.a. Ger‰t: Nach<br />

Kopfdaten zur Identifizierung des Ausdrucks und dem Chromatogramm folgt ein tabellarischer Analysenbericht.<br />

Peak-Nummer<br />

Laufende Nummerierung der Peaks, durch AR REJ unterdr¸ckte Peaks werden mitgez‰hlt, aber nicht<br />

mit ausgedruckt.<br />

Retentionszeit<br />

Meistens in Minuten, sowohl im Chromatogramm als auch im anschlieflenden tabellarischen<br />

Analysenbericht.<br />

absolute Peakfl‰che<br />

F¸r die quantitative Auswertung, der Zahlenwert kann auch von den o.a. Einstellungen abh‰ngen.<br />

relative Peakfl‰che<br />

In Prozent der nicht unterdr¸ckten Peakfl‰chen.<br />

Art der Peakabgrenzung<br />

Im Chromatogramm als kleine Striche (kˆnnen auch abgeschaltet sein) und in der Tabelle mit Codes:<br />

. Mess-Signal zu grofl<br />

I unvollst‰ndiger Peak (incomplete)<br />

, Mess-Signal zu klein<br />

D verzerrter Peak (PK WD zu grofl) (distorted)<br />

S Lˆsungsmittelpeak (solvent)<br />

T Peakanfang oder -ende mit der Tangentenmethode ermittelt (tangent)<br />

B Peakanfang oder -ende auf der Grundlinie (baseline)<br />

V Peakanfang oder -ende im Tal zwischen zwei Peaks (valley)<br />

P Basislinienunterschreitung (penetration)<br />

H horizontale Grundlinie extrapoliert<br />

++ Summenpeak<br />

Verh‰ltnis von Peakfl‰che zu Peakhˆhe<br />

Sollte mit der Retentionszeit zunehmen. Ein Peak, der bei diesem Verh‰ltnis eine zu groflen Wert hat,<br />

kann aus einer fr¸heren Analyse stammen. Auch zur Kontrolle des PK WD-Wertes.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 21<br />

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BEISPIELE ZUR BASISLINIENKONSTRUKTION<br />

Im Idealfall ist die Basislinie vor und nach dem Peak auf gleicher Hˆhe zu erkennen:<br />

Wenn zwei Peaks so nahe beieinander liegen, dass sie sich ¸berlappen, zieht der Integrator<br />

h‰ufig eine gerade Linien am tiefsten Punkt des Tales zwischen den Peaks (links). Das ist<br />

aber nicht ganz korrekt, wie das rechte Bild zeigt. Eine gute <strong>Chromatographie</strong>software kann<br />

auch solche Peaks durch eine passende Regressionsrechnung noch gut trennen.<br />

Andere Probleme bereitet eine Basislinie, die nicht auf gleicher Hˆhe bleibt ñ z.B. durch<br />

einen Temperaturanstieg der Trenns‰ule w‰hrend einer gaschromatographischen Trennung.<br />

Welche der beiden dargestellten Methoden die besseren Ergebnisse liefert, muss im Einzelfall<br />

gekl‰rt werden.<br />

Das rechts dargestellte Verfahren kann bei kleinen Peaks, die auf der Schulter eines groflen<br />

sitzen, oft besser ñ aber nicht optimal! ñ erfassen als die obige Methode mit dem Tal:<br />

<strong>Chromatographie</strong> 22<br />

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Diese Beispiele sollen das Problembewusstsein im Umgang mit Integratoren sch‰rfen.<br />

Sie sind bequem zu nutzen ñ kˆnnen aber bei unkritischer Anwendung auch drastische Fehler<br />

verursachen. Wichtig ist, alle Hinweise des Integrators auf die verwendete Methode im Auge<br />

zu behalten, insbesondere m¸ssen Probe und Standard in gleicher Weise integriert werden:<br />

� Die Integrationsmarken im Kurvenverlauf und<br />

� die Angabe der Integrationsmethode in der Tabelle.<br />

� Bei manchen Integratoren kann auch die verwendete Basislinie mit ausgedruckt<br />

werden!<br />

<strong>2.3.</strong>2.2. BERECHNUNGEN<br />

Von jedem untersuchten Material (Proben und Standards) liefert der Integrator einen<br />

Analysenbericht. Das weitere Vorgehen richtet sich nach dem vorliegenden Einzelfall:<br />

� Der einfachste Fall liegt vor, wenn die zur Trennung eingesetzte Probenmenge genau<br />

bekannt ist ñ wie meistens bei der Fl¸ssigkeitschromatographie. Dann erfolgt eine<br />

Auswertung nur mit Standard.<br />

� In der Gaschromatographie kann man die eingesetzte Menge nicht exakt<br />

reproduzieren. Dann ist immer noch eine vollst‰ndige Analyse mˆglich.<br />

� In Gemischen mit vielen Komponenten wird eine vollst‰ndige Analyse nicht<br />

wirtschaftlich sein, wenn nur wenige davon interessieren. Dann kann man mit einem<br />

internen Standard arbeiten.<br />

In jedem Fall benˆtigt man (aufler den Untersuchungen zur Peakidentifizierung) mindestens<br />

ein Chromatogramm der Probe und eines einer Standardlˆsung mit genau bekannten<br />

Konzentrationen der gesuchten Stoffe.<br />

<strong>AUSWERTUNG</strong> MIT STANDARD<br />

Die Auswertung erfolgt f¸r jede Substanz getrennt mit Hilfe folgender Formel:<br />

Ò *( j,St.)<br />

Ò *( j,Pr.) � � A(<br />

j, Pr.)<br />

A(j,St.)<br />

Dabei m¸ssen die absoluten Peakfl‰chen A verwendet werden, um die Massenkonzentration<br />

Ò * zu erhalten. Es kann ¸brigens genauso gut mit der Stoffmengenkonzentration gearbeitet<br />

werden.<br />

VOLLSTƒNDIGE ANALYSE<br />

Zur vollst‰ndigen Analyse wird mit den relativen Fl‰chenanteilen A% und dem Massenanteil<br />

w gearbeitet. Zun‰chst wird ñ analog der Auswertung mit Standard ñ ein vorl‰ufiger<br />

Massenanteil w' in der Probe bestimmt:<br />

w(<br />

j, St.)<br />

w' ( j, Pr.) �<br />

� A%(<br />

j, Pr.)<br />

A%(j,<br />

St.)<br />

<strong>Chromatographie</strong> 23<br />

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Z‰hlt man dann die erhaltenen w'-Werte zusammen, so erh‰lt man in der Regel nicht genau<br />

100%. Aus diesem Grund werden die endg¸ltigen Ergebnisse w durch einen so genannten<br />

100%-Ausgleich erhalten:<br />

w'(<br />

j.Pr.)<br />

w ( j.Pr.) �<br />

�100%<br />

� w'<br />

( j.Pr.)<br />

Wenn nicht alle Komponenten einer Mischung analysieren werden kˆnnen oder m¸ssen, aber<br />

nicht von einer immer gleichen Probenmenge in den einzelnen Durchl‰ufen ausgegangen<br />

werden kann, dann muss mit einem internen Standard gearbeitet werden.<br />

Dazu setzt man sowohl seinem Analysengemisch als auch der Standardlˆsung eine weitere<br />

Substanz zu, die in beiden vorher nicht enthalten war und die von den ¸brigen Komponenten<br />

gut getrennt werden kann. Die Konzentration dieses internen Standards muss in beiden<br />

Lˆsungen genau bekannt (oder exakt gleich) sein.<br />

Mit Hilfe des internen Standards kˆnnen dann unterschiedliche untersuchte Probenmengen<br />

festgestellt und bei der Auswertung ber¸cksichtigt werden:<br />

Ò * ( j, St.) Ò * ( i.S., Pr.) � A(<br />

i.S., St.)<br />

Ò * ( j, Pr.) � � A(<br />

j, Pr.) �<br />

A(j,<br />

St.) Ò * ( i.S., St.) � A(<br />

i.S., Pr.)<br />

Hier wurde mit der Massenkonzentration gearbeitet, die Gleichungen kˆnnen aber genauso<br />

gut f¸r den Massenanteil oder die Stoffmengenkonzentration aufgestellt werden. Ggf. muss<br />

man auch noch die Verd¸nnung der Probe durch den Zusatz eines internen Standards in der<br />

Rechnung ber¸cksichtigen.<br />

<strong>AUSWERTUNG</strong> MIT RESPONSEFAKTOREN<br />

F¸r Reihenuntersuchungen kann man sich etwas Rechnung ersparen, wenn man Faktoren, die<br />

konstant bleiben, in einem so genannten Responsefaktor zusammenfasst, hier am einfachsten<br />

Beispiel demonstriert:<br />

Ò * ( j, St.)<br />

R( j) �<br />

und dann Ò*<br />

( j, Pr.) � R(<br />

j) � A(<br />

j, Pr.)<br />

A(<br />

j, St.)<br />

3. D‹NNSCHICHTCHROMATOGRAPHIE ( DC )<br />

Die D¸nnschichtchromatographie ist das heute ¸bliche Verfahren zur Planarchromatographie.<br />

Es erfordert keine teuren Ger‰te und ist somit relativ kosteng¸nstig ñ allerdings fordern die<br />

hoch entwickelten Verbrauchsmaterialien auch ihren Preis.<br />

Zur Durchf¸hrung: Die Proben werden am Rand der Schicht aufgetragen, dann wird die<br />

Platte entwickelt, d.h. so mit der mobilen Phase (dem Flieflmittel) in Kontakt gebracht, dass<br />

dieses durch Kapillarwirkung in der gew¸nschten Richtung durch die Schicht wandert.<br />

Farblose Substanzen kˆnnen durch verschiedene Methoden zur Nachbehandlung sichtbar<br />

gemacht werden und kˆnnen dann ausgewertet werden.<br />

Verschiedene Trennbedingungen kˆnnen ohne Vorbereitung sofort umgesetzt werden.<br />

Wichtige Aspekte zur Wahl der station‰ren Phase und des Flieflmittels werden erl‰utert.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 24<br />

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3.1. TRENNSYSTEME<br />

F¸r eine bestimmte Trennaufgabe m¸ssen station‰re und mobile Phase passend gew‰hlt<br />

werden, eine falsche Wahl f¸hrt zu unbrauchbaren Trennungen:<br />

Ursachen<br />

zu starkes Adsorptionsmittel zu schwaches Adsorptionsmittel<br />

zu schwaches Lˆsungsmittel zu starkes Lˆsungsmittel<br />

Die Substanzen werden vollst‰ndig<br />

adsorbiert: Sie bleiben am Startfleck und<br />

wandern nicht.<br />

Folgen<br />

Die Substanzen werden nicht adsorbiert:<br />

Sie wandern mit der Flieflmittelfront.<br />

In beiden F‰llen gibt es keinen Unterschied im Wanderungsverhalten und folglich auch keine<br />

Trennung.<br />

Welche Kombination von Beschichtung und Flieflmittel eine brauchbare Trennung<br />

ermˆglicht, h‰ngt selbstverst‰ndlich von der Art der zu trennenden Substanzen ab. Hinweise<br />

zur Auswahl der station‰ren Phase und der mobilen Phase folgen auf einigen Seiten.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 25<br />

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3.1.1. FLIEflMITTEL<br />

POLARITƒT<br />

Die wichtigste Eigenschaft der mobilen Phase ist ihre Polarit‰t, die etwa als Dielektrizit‰tszahl<br />

gemessen werden kann. Polare Substanzen lˆsen sich gut in polaren Flieflmitteln,<br />

unpolare dagegen gut in unpolaren Fl¸ssigkeiten. In der Praxis hat sich die eluotrope Reihe<br />

bew‰hrt, in der die Flieflmittel nach steigender Polarit‰t angeordnet sind:<br />

unpolar<br />

pH-WERT<br />

Alkane (n-Hexan, Petrolether)<br />

Cycloalkane (Cyclohexan u.a.)<br />

Tetrachlormethan<br />

Aromaten (Toluol u.a.)<br />

Diethylether<br />

Chloroform<br />

Ketone (Methylethylketon, Aceton u.a.)<br />

Ester (Essigs‰ureethylester u.a.)<br />

Dimethylsulfoxid<br />

Acetonitril<br />

Pyridin<br />

Ethanol<br />

Methanol<br />

Wasser<br />

polar<br />

F¸r saure oder basische Substanzen ist der S‰uregrad der mobilen Phase wichtig: saure<br />

Substanzen lˆsen sich oft in basischen Flieflmitteln und basische Stoffe umgekehrt gut in<br />

S‰uren. Wenn man auf spezielle Puffer verzichten will, kann man durch Zusatz von<br />

Essigs‰ure oder Salzs‰ure den pH-Wert senken oder mit Hilfe von Ammoniak oder Aminen<br />

anheben.<br />

IONENSTƒRKE<br />

Die Ionenst‰rke gibt die effektive Konzentration der elektrischen Ladungen in der Lˆsung an,<br />

h‰ngt also von der Elektrolytkonzentration ab. Bei hoher Ionenst‰rke sinkt die Lˆslichkeit<br />

weniger polarer Substanzen. Probenkomponenten, die selber dissoziieren, gehen mit den im<br />

Flieflmittel vorhandenen Ionen neue Gleichgewichte ein ñ das kann auch zur Bildung von<br />

(ungeladenen) Ionenpaaren f¸hren, die sich dann wie neutrale Molek¸le verhalten.<br />

SPEZIFISCHE WECHSELWIRKUNGEN<br />

Die oben angesprochenen Einflussgrˆflen beschreiben die Wechselwirkung zwischen<br />

Probenkomponenten und Flieflmittel recht pauschal. Im Einzelfall spielen auch die<br />

Wechselwirkungen auf molekularer Ebene eine wichtige Rolle, wie etwa:<br />

� van der Waals-Bindungen<br />

� Wasserstoffbr¸ckenbindungen<br />

� Dipol-Dipol-Wechselwirkungen<br />

� Wechselwirkungen mit elektronenreichen Strukturen wie unges‰ttigte Bindungen oder<br />

aromatische Ringsysteme<br />

<strong>Chromatographie</strong> 26<br />

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MISCHUNGEN<br />

Besonders interessant ist das Verhalten von Mischungen als Flieflmittel. Die Trenn-<br />

Eigenschaften liegen meist zwischen denen der Bestandteile der Mischungen und kˆnnen ¸ber<br />

die Zusammensetzung stufenlos gesteuert werden. Oft beobachtet man dabei aber keinen<br />

linearen Zusammenhang, sondern geringe Zus‰tze einer Komponente zu Flieflmittel kˆnnen<br />

schon grofle Effekte haben.<br />

3.1.2. SCHICHTMATERIALIEN<br />

ALLGEMEINES<br />

Die station‰re Phase wird als feines Pulver auf ein inertes Tr‰germaterial aufgetragen. Die<br />

Korngrˆflen liegen zwischen 2 µm f¸r die Analyse von minimalen Volumina und 50 µm f¸r<br />

pr‰parative Aufgaben.<br />

Mit zunehmendem Wassergehalt der station‰ren Phase ñ auch aus der Laborluft ñ sinkt die<br />

Aktivit‰t der station‰ren Phase, d.h. ihre F‰higkeit, unpolare Stoffe zu adsorbieren.<br />

Gleichzeitig steigt der Einfluss von Verteilungsgleichgewichten auf die Trennung.<br />

KIESELGELE<br />

Standard-Kieselgel wird durch F‰llung aus einer Wasserglas-(Natriumsilikat)-Lˆsung mit<br />

Schwefels‰ure hergestellt. Der Niederschlag wird abfiltriert, bei 100 bis 200 C getrocknet<br />

und gemahlen. Die Herstellung erfordert viel Erfahrung, um reproduzierbare Ergebnisse zu<br />

erhalten. Das fertige Produkt besteht aus SiO2 mit einem geringen Anteil von Wasser. Dieses<br />

bildet an der Oberfl‰che saure SiOH Gruppen. Folglich ist das Kieselgel ein polares, schwach<br />

saures Adsorptionsmittel, an dem sich auch gleichzeitig ñ durch das oberfl‰chlich gebundene<br />

Wasser ñ Verteilungsgleichgewichte einstellen kˆnnen. F¸r diese hydrophilen Schichten<br />

w‰hlt man lipophile Flieflmittel. Kieselgelplatten werden in unterschiedlichen Qualit‰ten<br />

angeboten, so auch in hoch gereinigter Form f¸r die Spurenanlytik.<br />

Die Si-O-H Gruppen kˆnnen mit bestimmten organischen Substanzen zur Reaktion gebracht<br />

werden und ‰ndern dadurch ihren Charakter vollst‰ndig (Silanisierung). Man erh‰lt dadurch<br />

so genannte Umkehrphasen (= reversed phase, Abk¸rzung RP), die sich hydrophob<br />

verhalten. So ist die RP-18-Phase durch SiOC18H37 Gruppen gekennzeichnet. Durch Auswahl<br />

des organischen Reaktionspartners und mehr oder weniger vollst‰ndigen Umsatz der SiOH-<br />

Gruppen kann der Charakter der station‰ren Phase von hydrophil nach hydrophob in vielen<br />

Schritten ver‰ndert werden. ‹blich sind heute folgende Modifikationen (in abnehmend<br />

hydrophober Reihenfolge):<br />

� RP-18-100 mit vollst‰ndiger Umwandlung aller SiOH-Gruppen<br />

� RP-18-50 mit 50% verbleibender SiOH-Gruppen<br />

� RP-2 mit Dimethylsilangruppen<br />

� Cyano-modifiziertes Kieselgel mit einer Cyano-Gruppe (-CN)am Kettenende<br />

� Amino-modifiziertes Kieselgel mit einer Amino-Gruppe (-NH2) am Kettenende, die<br />

auch eine schwache Ionenaustauscherwirkung haben<br />

� Diol-modifiziertes Kieselgel mit zwei OH-Gruppen an der Kette<br />

� (unmodifiziertes Kieselgel)<br />

<strong>Chromatographie</strong> 27<br />

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Die RP-18-Phasen haben lipophilen Charakter und werden zusammen mit hydrophilen<br />

Flieflmitteln benutzt, die Verh‰ltnisse sind also genau umgekehrt wie bei den Standard-<br />

Kieselgelplatten. Mit einer Cyano-modifizierten Platte kann je nach Wahl des Flieflmittels<br />

eine normale oder ein Umkehrphasen-Trennung durchgef¸hrt werden.<br />

Standard- oder RP-Kieselgelschichten kˆnnen durch eine Vorbehandlung weiter ver‰ndert<br />

werden, einige Beispiele sind:<br />

� Vor der Trennung kann die Trennschicht bestimmten D‰mpfen (z.B. das verwendete<br />

Flieflmittel oder S‰uren oder Basen) ausgesetzt werden, um sie entsprechend zu<br />

konditionieren.<br />

� Mit Ammoniumsulfat impr‰gnierte Schichten werden zur Trennung von Lipiden und<br />

Tensiden benˆtigt.<br />

� Mit Coffein oder anderen Charge-Transfer-Komplexbildnern werden Platten zur<br />

Trennung polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe pr‰pariert.<br />

� Durch Zusatz eines optisch aktiven Prolinderivats zusammen mit Cu 2+ -Ionen entstehen<br />

Schichten, auf denen man die Enantiomeren optisch aktiver Stoffe trennen kann.<br />

WEITERE SCHICHTMATERIALIEN<br />

Aluminiumoxid wird meist durch F‰llung unter basischen Bedingungen hergestellt, und ist<br />

dann selbst basisch (pH=9). Mit Gips als Bindemittel entstehen aber neutrale Beschichtungen.<br />

ƒhnlich wie beim Kieselgel wird der Niederschlag abfiltriert, getrocknet und gemahlen. Seine<br />

hˆchste Aktivit‰t erreicht er schliefllich durch Gl¸hen bei 500 C. Es stellen sich vorwiegend<br />

Adsorptionsgleichgewichte ein. Die Aktivit‰t kann nach Brockmann durch Zugaben von bis<br />

zu 15% Wasser in Stufen verringert werden. Auf Aluminiumoxid werden vorwiegend<br />

basische Stoffe getrennt.<br />

Nat¸rliche Cellulose enth‰lt als Kohlenhydrat sehr viele OH-Gruppen, stellt demnach eine<br />

polare station‰re Phase mit der Mˆglichkeit zur Ausbildung vieler Wasserstoffbr¸cken-<br />

Bindungen dar. Die aus Pflanzen (z.B. Baumwolle oder Holz) gewonnene Cellulose wird so<br />

fein gemahlen, dass die einzelnen Molek¸le nur noch eine Polymerisationsgrad von 400 bis<br />

500 aufweisen. Durch Hydrolyse kann eine mikrokristalline Cellulose mit Polymerisationsgraden<br />

bis herab zu 40 gewonnen werden. Durch Reaktion mit Essigs‰ure(anhydrid) kann<br />

acetylierte Cellulose hergestellt werden (bis zu 40% der OH-Gruppe acetyliert), die dadurch<br />

ihren hydrophilen Charakter verliert. Die DEAE-Cellulose (Diethylaminoethyl-) ist ein<br />

schwacher Kationenaustauscher.<br />

Polyamid ist ein polarer Kunststoff, der zahlreiche Wasserstoffbr¸cken ausbilden kann. Er<br />

wird zur Trennung von Phenolen, Flavonoiden u.a. eingesetzt.<br />

Bei Kieselgur handelt es sich um ein nat¸rliches Kieselgel aus den Schalen von fossilen<br />

Kieselalgen. Wegen seiner relativ geringen Oberfl‰che pro Gramm ist es eigentlich keine gute<br />

station‰re Phase. Gerade deshalb wird es aber in Konzentrierungszonen eingesetzt. Eine<br />

andere Anwendung findet es entsprechend impr‰gniert als Tr‰germaterial f¸r die<br />

Verteilungschromatographie.<br />

Mischphasen enthalten verschiedene station‰re Phasen in einem Verh‰ltnis, das f¸r ein<br />

bestimmtes Trennproblem optimale Ergebnisse liefert.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 28<br />

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HERSTELLUNG<br />

Anfangs wurden Platten f¸r die D¸nnschichtchromatographie im Labor selbst hergestellt.<br />

Eine Suspension des Schichtmaterials in Wasser wurde auf Glasplatten ausgestrichen, wobei<br />

mehr oder weniger komplizierte Hilfen f¸r eine konstante Schichtdicke sorgten. Die Platten<br />

wurden dann an der Luft und anschlieflend im Trockenschrank getrocknet.<br />

Heute werden Fertigplatten in grofler Vielfalt angeboten, so dass man sich f¸r die t‰gliche<br />

Routine auf die gleich bleibende Qualit‰t eines erfahrenen Herstellers verlassen kann. Nur<br />

noch in Sonderf‰llen muss man sich die Schichten selbst gieflen.<br />

Bei der Auswahl der Platten sind zu beachten:<br />

� Zusammensetzung der station‰ren Phase, wie oben erl‰utert.<br />

� Das ggf. verwendete Bindemittel (heute meist spezielle Polymere) soll die Schicht<br />

zus‰tzlich festigen. Der dazu fr¸her verwendete Gips fungierte auch als station‰re<br />

Phase, solche Platten werden auch heute noch f¸r spezielle Trennungen angeboten.<br />

� Das eingesetzte Tr‰germaterial. Glas ist resistent gegen alle eingesetzten<br />

Chemikalien, aber schwer und zerbrechlich. Polyester ist ebenfalls recht resistent,<br />

unzerbrechlich, kann einfach geschnitten werden, billiger, aber nur bis 160 C stabil<br />

und erzeugt bei Fluoreszenz-Nachweisen ein st‰rkeres Rauschen. Aluminium wird nur<br />

von starken S‰uren oder Laugen angegriffen, ist unzerbrechlich und kann geschnitten<br />

werden.<br />

� Die Schichtdicke betr‰gt 0,1 bis 0,25 mm f¸r analytische Aufgaben und 0,5 bis 2,0<br />

mm und mehr f¸r pr‰parative Trennungen. Auf d¸nnen Schichten kˆnnen geringere<br />

Probenmengen nachgewiesen werden.<br />

� Die Korngrˆfle des Materials liegt bei der HPTLC (high performance thin layer<br />

chromatography) f¸r empfindliche Nachweise zwischen 2 und 5 µm, f¸r pr‰parative<br />

Aufgaben bis zu 50 µm.<br />

� Das Format der Trennplatte muss eine ausreichend lange Trennstrecke ermˆglichen<br />

und zu der vorgesehenen Trennkammer passen. Vielfach werden grofle (Glas-)Platten<br />

vorgeritzt angeboten, so dass man sich bei Bedarf kleine Formate schnell brechen<br />

kann.<br />

� Bei Bedarf wird der Schicht ein Fluoreszenzindikator wie das Mangan-dotierte<br />

Zinksilikat beigemischt. Dieses Material erzeugt schon in geringen Anteilen eine gut<br />

sichtbare Fluoreszenz und ist in den verwendeten Flieflmitteln unlˆslich (bleibt also an<br />

seinem Platz).<br />

3.2. VERSUCHSTECHNIK<br />

Folgende Schritte sind f¸r d¸nnschichtchromatographische Trennungen nˆtig:<br />

1. Auswahl eines geeigneten Trennsystems, u.U. Austesten verschiedener Systeme auf<br />

ihre Eignung<br />

2. Auftragen der Probe<br />

3. Entwicklung der Platte<br />

4. ggf. nˆtige Nachbehandlung bei farblosen Proben<br />

5. Auswertung der Ergebnisse<br />

<strong>Chromatographie</strong> 29<br />

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3.2.1. PROBENAUFTRAG<br />

Die Proben werden mit Kapillarpipetten<br />

aufgetragen. Das sind d¸nne Glasrˆhrchen, die<br />

in die Probenlˆsung eingetaucht werden.<br />

Durch die Kapillarwirkung saugt sich die<br />

Fl¸ssigkeit in die Kapillare. Dann wird die<br />

Pipette vorsichtig ñ ohne die Schicht zu<br />

verletzen ñ auf die Platte gesetzt. Jetzt ist die<br />

Kapillarit‰t der Schicht daf¸r verantwortlich,<br />

dass die Fl¸ssigkeit von der Schicht aufgesaugt<br />

wird. Vor der Entwicklung der Platte m¸ssen<br />

die aufgetragenen Flecken unbedingt trocknen,<br />

sonst stˆrt das Lˆsungsmittel der Probe die<br />

Trennung.<br />

‹blicherweise werden zwischen 1 und 20 µl aufgetragen. Je kleiner die Probenflecken, desto<br />

sch‰rfere Trennungen erh‰lt man sp‰ter. Die empfindlichsten Verfahren auf Nanoplatten<br />

kommen sogar mit 0,01 µl aus.<br />

Diverse Halter erleichtern das Hantieren mit<br />

kurzen Kapillarpipetten.<br />

Mit Saugh¸tchen oder anderen Pipettierhilfen<br />

kann man bei groflen Kapillarpipetten<br />

Teilvolumina abmessen.<br />

Die Proben werden einige mm von dem<br />

Rand der Platte entfernt aufgetragen, von<br />

dem aus die mobile Phase starten soll ñ<br />

einerseits soll die Platte mˆglichst gut zur<br />

Trennung ausgenutzt werden, andererseits<br />

darf die Probe sich nicht im Vorrat der<br />

mobilen Phase lˆsen. Um reproduzierbare<br />

Ergebnisse zu erhalten, benutzt man dazu<br />

Schablonen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 30<br />

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Schliefllich gibt es automatisierte Ger‰te, die<br />

mittels einer elektrisch gef¸hrten<br />

Mikroliterspritze oder sogar mit Spr¸hd¸sen die<br />

Proben auftragen. Mit ihnen kˆnnen grˆflere<br />

Probenvolumina f¸r pr‰parative Aufgaben<br />

auch bandfˆrmig aufgetragen werden.<br />

3.2.2. ENTWICKLUNG<br />

Platten mit Konzentrierungszone haben am Anfang der<br />

Laufstrecke eine 1 bis 2 cm breite Beschichtung aus<br />

Kieselgur. In diesem Bereich aufgetragene Proben laufen<br />

wegen der geringen Adsorption bis zum Beginn der<br />

eigentlichen Trennschicht mit der Flieflmittelfront und<br />

erscheinen dort als schmales Band. Man erh‰lt eine bessere<br />

Auflˆsung und intensivere Farben nach der Trennung.<br />

Im einfachsten Fall wird die Platte ñ mit den getrockneten<br />

Probenflecken nach unten ñ in ein Schraubdeckelglas gestellt,<br />

dessen Boden mit etwas Flieflmittel bedeckt ist. Es muss genug<br />

Flieflmittel sein, dass es w‰hrend der Trennung nicht<br />

verschwindet, aber auch nicht so viel, dass die Probenflecken in<br />

der Fl¸ssigkeit stehen. Das Flieflmittel beginnt durch die<br />

Kapillarkraft in der Beschichtung nach oben zu steigen und<br />

nimmt dabei die einzelnen Komponenten der Probe<br />

unterschiedlich schnell mit. Man nimmt die Platte aus dem<br />

Glas heraus, bevor die Flieflmittelfront die obere Kante der<br />

Platte erreicht und markiert sofort die Flieflmittelfront mit<br />

einem weichen Bleistift. Die Platte wird unter dem Abzug oder<br />

im W‰rmeschrank getrocknet.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 31<br />

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Etwas bequemer sind spezielle Glasgef‰fle<br />

f¸r die D¸nnschichtchromatographie. Sie<br />

sind rechteckig oder zylindrisch geformt und<br />

den ¸blichen Plattenformaten (20x20 bis<br />

10x10 cm 2 ) angepasst. Der Deckel ist<br />

passend zum Gef‰fl geschliffen und schlieflt<br />

deshalb schon beim Auslegen dicht.<br />

Besonders g¸nstig ist die Doppeltrogkammer,<br />

bei denen der Boden in zwei kleine<br />

Trˆge unterteilt ist. Dadurch kann man u.a. Flieflmittel einsparen.<br />

Eine schlechte Kammers‰ttigung f¸hrt zu nicht<br />

reproduzierbaren Ergebnissen. Wenn n‰mlich in einer<br />

groflen Trennkammer gearbeitet wird, ist die Luft<br />

darin nicht unbedingt mit Flieflmittel-d‰mpfen<br />

ges‰ttigt. Dann verdunstet das Fliefl-mittels aus der<br />

Trennschicht und es muss deshalb mehr Flieflmittel<br />

durch die Schicht wandern, um einen bestimmten<br />

Stand zu erreichen. Damit wandern auch die<br />

Probenkomponenten weiter, insbesondere die mit<br />

kleinen Rf-Werten.<br />

Die ersten Versuche, dieses Problem zu umgehen,<br />

bestanden darin, die Innenw‰nde der Trennkammer<br />

mit Filterpapier auszukleiden und so f¸r eine<br />

schnellere S‰ttigung zu sorgen. Entscheidende Fortschritte brachte aber erst die radikale<br />

Reduzierung des verf¸gbaren Gasraumes, z.B. durch die Sandwichkammer: In 1 mm Abstand<br />

war ¸ber der Schicht eine Glasplatte angebracht.<br />

In der Doppeltrogkammer kann man eine Seite f¸r die Kammers‰ttigung benutzen und erst<br />

sp‰ter die Trennung durch Zugabe von Flieflmittel in den zweiten Trog, in dem die<br />

vorbereitete Platte steht, starten. Diese Technik kann man auch nutzen, um die Trennschicht<br />

mit den D‰mpfen einer anderen Fl¸ssigkeit vorzukonditionieren.<br />

Durch eine horizontale Entwicklung kann man zus‰tzlich den Einfluss der Schwerkraft auf die<br />

Bewegung der mobilen Phase ausschalten. Das ist z.B. mit der H-Trennkammer mˆglich.<br />

Sie besteht aus:<br />

1. einem Unterteil aus Teflon.<br />

2. einer Glasfritte (aufheben, keine Einwegartikel!) und<br />

3. einer Abdeckplatte aus Glas.<br />

Die Glasfritte wird in eine entsprechende<br />

Vertiefung des Unterteils eingesetzt und dann<br />

die vorbereitete 5x5 cm 2 Platte (4) mit der<br />

Schicht nach unten aufgelegt. Dabei sollen<br />

die aufgetragenen Probenflecken bei der<br />

Glasfritte sein und die Platte am<br />

gegen¸berliegenden Anschlag anliegen.<br />

Dann wird etwas Flieflmittel in die<br />

Vertiefung vor der Glasfritte pipettiert und<br />

der Glasdeckel aufgelegt ñ der Boden muss<br />

dabei ganz bedeckt sein. Die Trennung wird dann sp‰ter rechtzeitig abgebrochen (s.o.)<br />

<strong>Chromatographie</strong> 32<br />

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Trotz der kurzen Trennstrecke erh‰lt man bei geringem Chemikalienverbrauch mit speziellen<br />

HPTLC-Schichten gute Ergebnisse (high perfomance thinlayer chromatography).<br />

Nr. 5 ist die Auftragschablone, ganz rechts die zusammengesetzte Kammer.<br />

ƒhnlich arbeitet die Horizontal-Entwicklungskammer der Firma CAMAG. Das Flieflmittel<br />

wird aber durch einen schmalen Kapillarspalt zwischen Unterteil und einem Glaspl‰ttchen<br />

zugef¸hrt. Weiter besteht die Mˆglichkeit, mit eingelegter Glasplatte in Sandwichtechnik zu<br />

arbeiten oder ohne diese ggf. mit Vorkonditionierung zu arbeiten.<br />

Das Unterteil (1) wird mit den Stellschrauben genau<br />

horizontal ausgerichtet. Dann wird die untere Glasplatte<br />

(2) eingelegt bzw. das Vorkonditionierungsmittel<br />

eingef¸llt. Die DC-Platte (3) wird ñ mit der Schicht nach<br />

unten ñ aufgelegt, sie muss auf beiden Seiten genau<br />

neben den Flieflmittelvertiefungen liegen. In diese<br />

werden die schmale Glasstreifen (4) eingestellt, so dass<br />

sie die Platte nicht ber¸hren. Nach dem Einf¸llen des<br />

Flieflmittels werden sie mit den breiten Glasstreifen (5)<br />

an die Plattenkante geschoben: Das Flieflmittel kommt in<br />

Kontakt mit der Schicht und die Trennung beginnt.<br />

Vorher muss aber noch der Teflonwinkel (6) zur<br />

seitlichen Abdichtung eingesetzt werden. Das Ganze<br />

wird mit einer Plastikhaube (7) abgedeckt.<br />

Man kann die Trennung wie ¸blich nur von einer Seite laufen lassen oder von zwei<br />

gegen¸berliegenden Seiten ñ hat dann aber nur die halbe Strecke zur Verf¸gung.<br />

Manchmal kann eine Trennung dadurch verbessert werden, dass sie nach dem Trocknen der<br />

Platte einfach (oder auch mehrfach) wiederholt wird. Substanzen mit kleinen Rf-Werten<br />

werden dadurch etwas auseinander gezogen, w‰hrend Substanzen in der N‰he der<br />

Flieflmittelfront zusammen geschoben werden. Diese Mehrfachentwicklung kann auch mit<br />

unterschiedlichen mobilen Phasen erfolgen.<br />

Es gibt auch automatisierte Ger‰te f¸r diese Technik (AMD = automated multiple<br />

development), in denen 20, 30 oder mehr Trennl‰ufe einprogrammiert werden. Dabei kann<br />

von Lauf zu Lauf die Laufstrecke und die Fleiflmittelzusammensetzung variiert werden.<br />

Gemische von sehr vielen Komponenten kˆnnen mit der<br />

zweidimensionalen DC getrennt werden. Die Probe wird dabei nur<br />

in einer Ecke der Platte aufgetragen und dann zun‰chst wie bekannt<br />

entwickelt. F¸r die zweite Entwicklung wird die Platte um 90<br />

gedreht, sie erfolgt also quer zur ersten Trennung. Dadurch kˆnnen<br />

sich die Komponenten einer Probe ¸ber die gesamte Platte verteilen<br />

statt nur auf einen schmalen Streifen ¸ber der Startposition. F¸r die<br />

zweite Trennung muss man ein anderes Flieflmittel nehmen, sonst<br />

findet man die Komponenten alle auf der Diagonalen (warum<br />

wohl?).<br />

<strong>Chromatographie</strong> 33<br />

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3.<strong>2.3.</strong> NACHBEHANDLUNG<br />

F¸r die Auswertung muss man die Komponenten der Probe auf der Platte lokalisieren.<br />

� Im einfachsten Fall machen sie sich durch ihre Eigenf‰rbung bemerkbar.<br />

� Farblose Substanzen kˆnnen manchmal fluoreszieren, man legt die Platte also unter<br />

eine UV-Lampe mit passender Wellenl‰nge (254 nm oder 366 nm).<br />

� Andere farblose Substanzen kˆnnen zwar nicht selbst fluoreszieren, absorbieren aber<br />

das UV-Licht. Ist die Schicht dann mit einem Fluoreszenzindikator versehen, so stellt<br />

man unter der UV-Lampe eine Fluoreszenzlˆschung fest.<br />

� Kommt man mit diesen zerstˆrungsfreien Tests nicht weiter, so muss man zu<br />

F‰rbereagenzien greifen. Aus dem groflen Katalog der mˆglichen Reagenzien seien<br />

hier nur einige genannt:<br />

o Iod-D‰mpfe als universelles F‰rbemittel, wird von vielen Substanzen<br />

absorbiert (braune Flecken)<br />

o Kaliumpermanganat/Schwefels‰ure ebenfalls universell einsetzbar, die<br />

Substanzen reduzieren das rosa Permangant zu farblosen Stoffen<br />

o Antimonchlorid erzeugt oft fluoreszierende oder gef‰rbte Produkte<br />

o Dragendorff-Reagenz (Bismutnitrat/Weins‰ure/Kaliumiodid) f‰rbt Alkaloide<br />

an<br />

o Eisen(III)chlorid f‰rbt Phenole gr¸n-blau<br />

o Ninhydrin bildet mit Aminen, Aminos‰uren und Peptide rˆtliche Flecken<br />

Meist werden diese Reagenzien als Lˆsungen verwendet, mit denen die getrockneten<br />

Platten bespr¸ht werden, gelegentlich werden sie auch ganz eingetaucht. F¸r beide<br />

Techniken gibt es passende Ger‰te. Zur Ausbildung der F‰rbung ist oft noch eine<br />

anschlieflende W‰rmebehandlung nˆtig.<br />

� Wenn man an genaueren<br />

Informationen ¸ber eine der getrennten<br />

Komponenten interessiert ist, kann man<br />

den betreffenden Fleck ausschneiden,<br />

die Substanz wieder auflˆsen und dann<br />

weiter untersuchen. Sehr elegant ñ<br />

aber auch aufwendig ñ sind<br />

massenspektroskopische Methoden,<br />

mit denen man direkt von der<br />

Trennplatte die Probe verdampft, zersetzt<br />

und dann die Masse der verschiedenen entstehenden Fragmente untersucht. Aus dem<br />

Massenspektrum kann man oft wertvolle Hinweise auf die Struktur der Substanz<br />

ableiten.<br />

Sind die einzelnen Komponenten lokalisiert, geht es weiter mit der Auswertung der<br />

Chromatogramme.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 34<br />

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3.3. FEHLERQUELLEN<br />

Jede Abweichung von den vorgesehenen Bedingungen kann das Ergebnis einer<br />

chromatographischen Trennung ver‰ndern.<br />

Die folgende Liste nennt eine Reihe von Mˆglichkeiten:<br />

� station‰re Phase<br />

� Herstellungsprozess der station‰ren Phase<br />

� Korngrˆfle und Korngrˆflenverteilung der Beschichtung<br />

� Aktivit‰t der station‰ren Phase<br />

� relative Feuchte<br />

� pH-Wert der Schicht<br />

� Bindemittel der station‰ren Phase<br />

� katalytische Zersetzung empfindlicher Probenkomponenten durch die station‰re Phase<br />

� Qualit‰tsschwankungen der Beschichtung<br />

� Schichtdicke der station‰ren Phase<br />

� Schwankungen der Schichtdicke<br />

� Vorbeladung mit Flieflmittelgemisch<br />

� mobile Phase<br />

� pH-Wert des Flieflmittels<br />

� Verunreinigungen im Flieflmittel<br />

� Volumen der Probe<br />

� Grˆfle und Form des Startflecks<br />

� Lˆsungsmittel der Probe<br />

� Art der Entwicklung<br />

� Kammertyp<br />

� Trennstrecke<br />

� S‰ttigung von Kammer und Schicht mit Flieflmitteld‰mpfen<br />

� Abstand zwischen Startzone und Flieflmittelniveau in der Kammer<br />

� Entmischung des Flieflmittels (z.B. durch Verdampfung)<br />

� Flieflgeschwindigkeit der mobilen Phase<br />

� Konvektion von Flieflmitteld‰mpfen in der Kammer<br />

� Temperatur<br />

<strong>Chromatographie</strong> 35<br />

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4. FL‹SSIGKEITS-SƒULENCHROMATOGRAPHIE<br />

Der russische Botaniker Michael Tswett entdeckte 1903 das Prinzip der<br />

S‰ulenchromatographie (SC), als er einen Extrakt von Blattfarbstoffen durch ein mit<br />

Calciumcarbonat-Pulver gef¸lltes Glasrohr filtrierte und dann immer wieder das verwendete<br />

Lˆsungsmittel nachgoss. Er beobachtete verschieden gef‰rbte Zonen, die unterschiedlich<br />

langsam durch die S‰ule wanderten. Von solchen primitiven Vesuchsaufbauten ist man heute<br />

weit entfernt, eine ganze Industrie lebt davon, optimierte Ausr¸stungen f¸r die<br />

<strong>Chromatographie</strong> zu entwickeln und verkaufen.<br />

Die Auflˆsung einer Trenns‰ule h‰ngt ganz entscheidend von der Korngrˆfle der F¸llung ab.<br />

Je feiner die Kˆrner, desto niedriger sind die theoretischen Bˆden und desto bessere<br />

Ergebnisse werden erzielt. Weil gleichzeitig aber auch der Strˆmungswiderstand steigt, muss<br />

ein erheblicher technischer Aufwand betrieben werden, um solche Analysen noch in<br />

akzeptabler Zeit durchf¸hren zu kˆnnen. Das ganze Verfahren wird dann als HPLC (high<br />

performance liquid chromatography) bezeichnet. Im Einzelnen werden dazu benˆtigt:<br />

1. spezielle mobile Phasen,<br />

2. Hochdruck-Pumpen,<br />

3. besondere Ventile zur Probenaufgabe,<br />

4. die eigentliche Trenns‰ule und<br />

5. ein geeigneter Detektor<br />

6. mit daran angeschlossenem Integrator.<br />

Schliefllich m¸ssen die Ausdrucke des Integrators richtig ausgewertet werden.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 36<br />

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4.1. MOBILE PHASEN<br />

F¸r die mobilen Phasen gilt zun‰chst das, was bei der D¸nnschichtchromatographie zu den<br />

Flieflmitteln gesagt wurde: Wichtige Eigenschaften sind:<br />

� Polarit‰t,<br />

� pH-Wert,<br />

� Ionenst‰rke und<br />

� spezifische Wechselwirkungen mit den Proben.<br />

Auch Mischungen spielen eine bedeutende Rolle in der HPLC als mobile Phasen.<br />

Die Viskosit‰t spielt eine bedeutende Rolle, mit ihr steigt der Strˆmungswiderstand und<br />

entsprechend der benˆtigte Druck. Mischungen haben oft unerwartet hohe Viskosit‰ten, mehr<br />

als die Ausgangsstoffe. Die Viskosit‰t ist zusammen mit der UV-Durchl‰ssigkeit (90%<br />

Transmission bei 10 mm Schichtdicke) f¸r einige Fl¸ssigkeiten in der Tabelle unten<br />

angegeben. Vielfach wird ein UV-Photometer als Detektor eingesetzt, deshalb m¸ssen die<br />

verwendeten mobilen Phasen in diesem Wellenl‰ngenbereich entsprechend durchsichtig<br />

sein. Weil hier oft Verunreinigungen die Transparenz beeintr‰chtigen, m¸ssen f¸r die HPLC<br />

hoch gereinigte Sorten eingesetzt werden.<br />

Bezeichnung UV-Durchl‰ssigkeit bis Viskosit‰t<br />

Cyclohexan 210 nm 0,97 mPa � s<br />

Toluol 286 nm 0,77 mPa � s<br />

Ethylacetat 255 nm 0,44 mPa � s<br />

Aceton 330 nm 0,39 mPa � s<br />

Acetonitril 190 nm 0,32 mPa � s<br />

Methanol 210 nm 0,82 mPa � s<br />

Wasser 191 nm 1,01 mPa � s<br />

Gelˆste Gase in der mobilen Phase bereiten oft Schwierigkeiten, wenn sie sich als Bl‰schen<br />

abscheiden. Passiert dies in der S‰ule, nimmt die Strˆmung verschiedene Wege um die Blase<br />

herum und die Peaks werden verdoppelt oder verbreitert. In der Detektorzelle verursachen<br />

Luftblasen ein heftig schwankendes Signal oder einzelne, scheinbar unmotivierte Ausschl‰ge.<br />

Dann m¸ssen die verwendeten mobilen Phase entgast werden. Am einfachsten geht das mit<br />

einem Ultraschallbad, was aber den Nachteil hat, dass diese Behandlung mindestens t‰glich<br />

wiederholt werden muss. Aufwendiger und teurer sind Systeme, die eine Entgasung mittels<br />

Vakuum oder eines konstanten Stromes von Heliumgas durch die Fl¸ssigkeit vornehmen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 37<br />

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4.2. PUMPEN<br />

Vor Beginn der Arbeit ist es sinnvoll, den Vorrat an mobiler Phase zu<br />

¸berpr¸fen und ggf. zu erg‰nzen. Aus den Vorratsflaschen gelangt die<br />

mobile Phase durch einen Ansaugfilter und d¸nne Schl‰uche zur<br />

eigentlichen Pumpe.<br />

Die feinkˆrnigen (bis herab zu einige µm Korngrˆfle) station‰ren Phasen bilden in der<br />

Trenns‰ule einen groflen Strˆmungswiderstand. Das erfordert sehr hohe Dr¸cke (bis zum<br />

400-fachen des normalen Luftdrucks), um auf die erforderlichen Fˆrderraten von etwa 1 ml je<br />

Minute zu kommen. Sie werden z.B. mit einer Kolbenpumpe erzielt. Ein Kolben aus Saphir<br />

(H‰rte!) bewegt sind in einem Zylinder periodisch vor und zur¸ck. Durch das Ansaugventil<br />

gelangt die Fl¸ssigkeit in den Kolben, durch das Auslassventil verl‰sst sie ihn wieder. Die<br />

Ventile verhindern einen entgegengesetzten Fl¸ssigkeitstransport. Der Kolben kann<br />

elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch angetrieben werden.<br />

Die Pumpe hat normalerweise einen Drucksensor auf der Hochdruckseite eingebaut, der in<br />

folgenden Situationen den Fl¸ssigkeitstransport abschalten kann:<br />

� Eine Unterschreitung des minimalen Drucks deutet auf ein Leck vor der S‰ule hin.<br />

� Eine Verstopfung der S‰ule o.‰. f¸hrt zur ‹berschreitung des maximalen Drucks und<br />

kˆnnte sonst teure Sch‰den nach sich ziehen.<br />

Die Grenzwerte kˆnnen an der Pumpe eingestellt werden.<br />

Neben den Grundeinstellungen von Fˆrderrate und<br />

Drucklimits kˆnnen bei einer Gradientenpumpe<br />

mehrere Vorratsflaschen mit unterschiedlichen<br />

Fl¸ssigkeiten angesteuert werden. Solchen Pumpen<br />

sind in der Regel programmierbar und kˆnnen im<br />

Verlauf der Trennung die Zusammensetzung der<br />

mobilen Phase kontinuierlich ‰ndern. Dazu wird in der<br />

Regel die gew¸nschte Zusammensetzung der mobilen<br />

Phase an bestimmten Zeitpunkten eingegeben ñ bei<br />

einigen Pumpen kann man auch die Art des<br />

‹bergangs w‰hlen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 38<br />

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Kolbenpumpen haben aber den Nachteil, dass sie keinen<br />

konstanten, sondern einen pulsierenden Druck liefern. Die<br />

S‰ulenpackung wird dadurch regelrecht festgeklopft und so weit<br />

verdichtet, dass ein Durchfluss verhindert werden kann. Um das zu<br />

verhindern, wird nach der Pumpe ein Pulsd‰mpfer eingebaut, z.B.<br />

ein federndes, schraubenfˆrmig aufgewickeltes Metallrˆhrchen.<br />

Die hohen Dr¸cke erfordern einigen Aufwand, um Lecks zu vermeiden. Als "Schl‰uche"<br />

verwendet man auf der Hochdruckseite enge Metallrohre von 1 bis 2 mm Durchmesser. Ggf.<br />

kann eine innere Beschichtung der Metallrohre Reaktionen zwischen Probe bzw. mobiler<br />

Phase und dem Metall verhindern. Die Anschl¸sse erfordern spezielle hochgenaue<br />

Dichtungen. Alle beweglichen Teile m¸ssen mit hˆchster Pr‰zision gefertigt und montiert<br />

sein. Um Undichtigkeiten durch Verschleifl zu vermeiden, werden dabei oft Keramiken oder<br />

andere harte Materialien eingesetzt.<br />

F¸r die Niederdruck-Fl¸ssigkeits-SC werden geringere<br />

Anforderungen an die Pumpe und die Verbindungen<br />

gestellt. Bei der Membranpumpe ersetzt eine<br />

periodisch bewegte Membran den Kolben als<br />

Abschluss des Pumpenraums. Eine<br />

peristaltische Pumpe (Bild) pumpt die<br />

Fl¸ssigkeit direkt im Schlauch: Ein Rad mit<br />

Rollen grenzt einzelne Schlauchabschnitte<br />

gegeneinander ab und dr¸ckt ihren Inhalt in<br />

Pumprichtung voran. Wenn das zu fˆrdernde<br />

Gesamtvolumen nicht zu grofl ist, kann auch eine<br />

ausreichend grofle, elektrisch angetriebene Spritze als<br />

Pumpe dienen.<br />

4.3. PROBENAUFGABE<br />

Der hohe Druck am S‰ulenanfang erfordert besondere Vorkehrungen, damit an der Stelle der<br />

Probenaufgabe nicht die mobile Phase austritt, anstatt durch die S‰ule zu flieflen: das<br />

Sechswegeventil. Die Probe selbst wird dann mittels einer Mikroliterspritze in das<br />

Sechswegeventil gespritzt. Der ganze Vorgang kann f¸r Reihenuntersuchungen mit einem<br />

Autosampler automatisiert werden.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 39<br />

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SECHSWEGEVENTIL<br />

Von den sechs Anschl¸ssen eines Sechswegeventils sind in den beiden Positionen des Rotors<br />

jeweils zwei benachbarte Anschl¸sse miteinander verbunden. In der Position LOAD kann die<br />

Dosierschleife mit der Mikroliterspritze gef¸llt werden, ein ‹berschuss flieflt ¸ber ab.<br />

Gleichzeitig ist die Pumpe mit der S‰ule direkt verbunden. Dreht man nun den Rotor in die<br />

Position INJECT, so wird die Dosierschleife zwischen Pumpe und S‰ule geschaltet. Ihr Inhalt<br />

bestimmt also das Probenvolumen, das untersucht wird.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 40<br />

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MIKROLITERSPRITZE<br />

Die benˆtigten Volumina in der Grˆflenordnung von 20 µl werden am besten mit<br />

Mikroliterspritzen gehandhabt. Sie sind ‰hnlich wie die medizinischen Spritzen aus Zylinder,<br />

Kolben und Nadel aufgebaut, nur mit sehr viel kleineren Durchmessern. Es sind<br />

verschiedenen Nadelformen im Einsatz:<br />

� Stumpfe Nadeln f¸r die HPLC, wenn keine Septen durchstoflen werden m¸ssen<br />

� schr‰g angeschliffene Nadeln f¸r die GC, bei der man durch Septen injizieren muss,<br />

� konisch angeschliffene Nadeln f¸r Autosampler schonen die Septen<br />

� verst‰rkte Nadeln, wenn die Gefahr des Umknickens der Nadel besteht<br />

� Nadeln mit runder, geschlossener Spitze und seitlichem Auslass ...<br />

HANDHABUNG<br />

F¸r die GC, bei der Volumina bis herab zu<br />

0,1 µl eingespritzt werden m¸ssen, ist die<br />

Nadel der Kolben und ein d¸nner Draht in<br />

der Nadel der Zylinder. Um empfindliche<br />

Spritzen zu sch¸tzen und immer das gleiche<br />

Volumen einzuspritzen, gibt es spezielle<br />

Spritzenhalter.<br />

1. Das Sechswegeventil z¸gig auf LOAD stellen ñ dreht man das Ventil zu langsam,<br />

wird die S‰ule blockiert und der ‹berdrucksensor schaltet die Pumpe ab.<br />

2. Die Spritze mit der Probe gr¸ndlich durchsp¸len.<br />

3. Die Probe ohne Luftblasen aufziehen ñ eine hartn‰ckig bleibende Luftblase ggf. nicht<br />

mit einspritzen. Das Volumen sollte deutlich mehr als die Dosierschleife sein.<br />

4. Die Spritze einf¸hren und die Probe einspritzen.<br />

5. Das Sechswegeventil z¸gig auf INJECT stellen (s. 1.). Bei manchen wird dabei<br />

automatisch der Integrator gestartet, bei anderen muss man das gleichzeitig von Hand<br />

erledigen.<br />

4.4. SƒULEN<br />

Abmessungen: Analytische HPLC-S‰ulen sind zwischen 50 und 250 mm lang und haben<br />

einen Innendurchmesser von 4 mm oder weniger (Microbore-S‰ulen). Es gibt einige<br />

unterschiedliche Anschluss-Systeme, die man beim Austausch beachten muss.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 41<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Die Packung der S‰ule besteht aus etwa 2 bis 10 µm groflen Kˆrnern, wobei jeweils auf eine<br />

geringe Breite der Korngrˆflenverteilung geachtet wird. Die Hersteller unterscheiden<br />

zwischen unregelm‰flig geformten, gemahlenen Kˆrnern und solchen, die gleich in kugeliger<br />

Gestalt hergestellt werden. Porˆse Kˆrner ñ mit unterschiedlichen Porendurchmessern (etwa<br />

10 nm) ñ haben eine grofle innere Oberfl‰che (hohe Kapazit‰t), w‰hrend bei dichten Kˆrnern<br />

die Diffusionswege kurz sind (schnelle Trennungen).<br />

Das wichtigste zum Material der Kˆrner wurde bei der D¸nnschichtchromatographie gesagt,<br />

deshalb folgt hier nur eine kurze Aufz‰hlung mit einigen Erg‰nzungen. Am h‰ufigsten<br />

werden (modifizierte) Kieselgele eingesetzt.<br />

� unmodifiziertes Kieselgel<br />

� Octadecyl-modifiziertes Kieselgel (RP-18 Phasen) werden gern zusammen mit<br />

Acetonitril/Wasser-Gemischen eingesetzt. Gegen die Tendenz der C18-Reste, sich in<br />

w‰ssriger Umgebung auf die Oberfl‰che des Kieselgels zu legen und so die<br />

S‰ulenqualit‰t dramatisch zu verschlechtern, haben sich die Hersteller diverse Tricks<br />

einfallen lassen.<br />

� mit k¸rzeren Alkyl-Gruppen modifizierte Kieselgele (Dodecyl=C12, Octyl=C8,<br />

Hexyl=C6, Pentyl=C5, Butyl=C4, Propyl=C3, Methy=C1)<br />

� Dimethyl-modifiziertes Kieselgel (C2)<br />

� Phenyl-modifiziertes Kieselgel (Ph)<br />

� Phenyl-Ether-modifiziertes Kieselgel<br />

� Cyano-modifiziertes Kieselgel (CN)<br />

� Nitrophenol-modifiziertes Kieselgel (NO2)<br />

� Diol-modifiziertes Kieselgel (Diol)<br />

� Amino-modifiziertes Kieselgel (NH2)<br />

� Dimethylamino-modifiziertes Kieselgel<br />

� Diethylaminoethyl-modifiziertes Kieselgel (WAX), ein schwacher<br />

Anionenaustauscher<br />

� Carboxymethyl-modifiziertes Kieselgel (WCX), ein schwacher Kationenaustauscher<br />

� Sulfons‰ure-modifiziertes Kieselgel (SAX), ein starker Anionenaustauscher<br />

� Quatern‰r Ammonium-modifiziertes Kieselgel (SCX), ein starker Kationenaustauscher<br />

� durch spezielle Impr‰gnierungen modifizierte S‰ulen<br />

Ein nicht ganz so umfangreiches Programm von S‰ulen ñ insbesondere zur Probenvorbereitung<br />

ñ wird auch auf einer Polymerbasis angeboten. Weiter gibt es S‰ulen mit<br />

folgenden Packungen:<br />

� Aluminiumoxid,<br />

� Cellulose in verschiedenen Formen,<br />

� Polyamid,<br />

� Florisil (einem Magnesiumsilikat),<br />

� Hydroxyapatit, aus dem auch Z‰hne und Knochen bestehen, f¸r biochemische<br />

Trennungen,<br />

� verschiedene modifizierte Polystyrole f¸r die Gel-<strong>Chromatographie</strong> und<br />

� Zirkoniumdioxid, das wie Kieselgel modifiziert werden kann und besonders<br />

temperatur- und pH-stabil ist.<br />

Ein Hersteller bietet an, ‰hnlich wie bei den mobilen Phasen auch die station‰ren Phasen f¸r<br />

ein spezielles Trennproblem optimiert zu mischen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 42<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


Kurze Vors‰ulen werden vor der eigentlichen Trenns‰ule<br />

montiert. Sie kˆnnen, m¸ssen aber nicht aus dem gleichen<br />

Material wie die Trenns‰ule bestehen. Verschlechterungen<br />

der S‰ule, die meist am Anfang einsetzen, werden von der<br />

Vors‰ule aufgenommen, die leicht und g¸nstig<br />

ausgewechselt werden kann. Verdichtung der Packung<br />

durch eine schlechte Pumpen-d‰mpfung, ungelˆste<br />

Partikel in der Probe und die langsame Auflˆsung des<br />

S‰ulenmaterials kˆnnen Ursachen eines solchen Qualit‰tsverlustes sein.<br />

Bei empfindlichen Trennungen setzt man einen S‰ulenthermostaten ein, der f¸r eine<br />

konstante Temperatur bei der Trennung sorgt und so die Reproduzierbarkeit verbessert.<br />

In manchen F‰llen, besonders bei automatisierten Systemen, lohnt es sich mehrere, u.U.<br />

verschiedene S‰ulen parallel oder in Reihe zu schalten.<br />

4.5. DETEKTOREN<br />

Am S‰ulenausgang wird mit dem Detektor eine physikalische Eigenschaft der austretenden<br />

Lˆsung gemessen, die sich ‰ndert, wenn darin Probenkomponenten enthalten sind. Der<br />

Detektor muss als passend zur untersuchten Probe ausgew‰hlt und eingestellt werden. Die<br />

Nachweisgrenze liegt typischerweise bei 1 ng/ml. In der Regel muss man Empfindlichkeit<br />

und Messbereich der vorliegenden Aufgabe anpassen.<br />

UV/VIS-DETEKTOR<br />

In einer kleinen Durchflussk¸vette wird die Extinktion der Lˆsung mit monochromatischem<br />

Licht gemessen. Um nicht nur gef‰rbte Verbindungen erfassen zu kˆnnen, wurde der<br />

Messbereich bis ins Ultraviolette ausgedehnt, wo viele organische Substanzen mit<br />

Doppelbindungen die Strahlung absorbieren. Die wichtigste Einstellung am Detektor ist die<br />

verwendete Wellenl‰nge, die ein Kompromiss f¸r die Substanzen sein muss, die man<br />

bestimmen will ñ andere Substanzen bleiben u.U. unentdeckt. Als Lichtquelle dient<br />

normalerweise eine Deuteriumlampe mit einem Prismen- oder Gittermonochromator.<br />

DIODENARRAY-DETEKTOR<br />

Dieser Detektor misst dieselben Eigenschaften wie der UV/Vis-Detektor ñ mit einem<br />

wesentlichen Unterschied: Aus dem Spektrum wird nicht eine Wellenl‰nge ausgew‰hlt und<br />

gemessen, sondern der Lichtdetektor besteht aus einer ganzen Reihe (Diodenarray) einzelner<br />

lichtempfindlicher Bauteile. So kann man simultan das gesamte Spektrum der Substanz in der<br />

K¸vette erfassen. Aufgezeichnet wird statt einer Linie eine ganze Fl‰che von Werten. Schnitte<br />

in den beiden horizontalen Ebenen entsprechen dem ¸blichen Chromatogramm (bei<br />

konstanter Wellenl‰nge) bzw. einem ¸blichen Spektrum (bei konstanter Retentionszeit).<br />

Dadurch kann nachtr‰glich f¸r jede Substanz die optimale Wellenl‰nge herangezogen werden.<br />

FLUORESZENZ-DETEKTOR<br />

Die Fluoreszenz kann auch in der HPLC zum quantitativen Nachweis genutzt werden. Im<br />

Unterschied zu den beiden bisher besprochenen Detektoren wird nicht in Transmission<br />

gearbeitet, sondern das Fluoreszenzlicht wird im rechten Winkel zum eingestrahlten UV-Licht<br />

gemessen. Eingestellt werden m¸ssen die Wellenl‰nge des Anregungslichtes (UV) und die<br />

des Fluoreszenzlichtes (meist im sichtbaren Bereich). Nicht viele Substanzen fluoreszieren,<br />

dann aber hat man einen empfindlichen Detektor zur Verf¸gung.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 43<br />

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DIFFERENTIALREFRAKTOMETER<br />

Als letzter optischer Detektor soll das Differentialrefraktometer besprochen werden.<br />

Bestimmt wird der Brechzahl-Unterschied zwischen der reinen mobilen Phase, bevor sie auf<br />

die S‰ule strˆmt und danach. So erfasst man nur die Unterschiede, die durch gelˆste Stoffe<br />

verursacht sind, und man wird unabh‰ngig von einer sich ‰ndernden Raumtemperatur, die die<br />

Brechzahl deutlich beeinflusst. Mit diesem Detektor kann man nahezu alle Substanzen<br />

bestimmen, allerdings ist er etwas unempfindlicher als die anderen.<br />

LEITFƒHIGKEITSDETEKTOR<br />

Die elektrische Leitf‰higkeit ‰ndert sich empfindlich mit dem Gehalt an Elektrolyten in einer<br />

Lˆsung. So ist dieser Detektor das Ger‰t der Wahl f¸r viele (nicht alle)<br />

ionenchromatographische Trennungen. Um elektrolytische Zersetzungen zu vermeiden,<br />

arbeiten diese Ger‰te meist mit Wechselstrom.<br />

AMPEROMETRISCHER DETEKTOR<br />

Man kann aber auch gezielt die Elektrolyse anstreben. In der Amperometrie werden<br />

Substanzen, die man elektrolytisch reduzieren oder oxidieren kann, erfasst. Voraussetzung ist<br />

eine elektrolytische Leitf‰higkeit der mobilen Phase.<br />

REAKTIONSDETEKTOR<br />

Dieser Detektor ist streng genommen gar kein eigenst‰ndiger Detektor, sondern wird einem<br />

solchen nur vorgeschaltet. Wenn die Substanzen mit einem bestimmten System gut zu<br />

trennen, aber schlecht nachzuweisen sind, kann man einen ‰hnlichen Weg wie in der<br />

D¸nnschichtchromatographie beschreiten, indem man die Substanzen nach der Trennung<br />

chemisch reagieren l‰sst. Die Reaktionspartner werden schon in die mobile Phase gemischt,<br />

die Reaktion selbst wird aber erst durch Licht ausgelˆst. Um eine ausreichend intensive<br />

Bestrahlung zu erreichen hat man aus einem d¸nnen Plastikschlauch einen Strumpf gestrickt<br />

und ¸ber eine Lampe gezogen ñ so haben die Substanzen ausreichend Zeit zu reagieren,<br />

werden aber nicht nachtr‰glich wieder gemischt.<br />

MASSENSPEKTROMETER<br />

Dies ist der aufwendigste Detektor, der sich zudem nur f¸r fl¸chtige Substanzen eignet. Er<br />

bietet aber vergleichbar dem Diodenarraydetektor den Vorteil, dass zu jedem Zeitpunkt ein<br />

ganzes Spektrum von Eigenschaften zur Verf¸gung steht, die zudem recht einfach<br />

interpretiert werden kˆnnen. Die Substanz wird n‰mlich verdampft und dabei in Molek¸l-<br />

Bruchst¸cke zerlegt. Diese werden ñ in Abh‰ngigkeit von ihrer Masse ñ registriert.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 44<br />

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4.6. FEHLERQUELLEN<br />

‹BERSICHT<br />

PROBLEME MIT DEN GERƒTEN<br />

[Lecks] [Sechswegeventil] [Kein Fluss] [Zu geringer Fluss] [Zu hoher Druck / steigender Druck] [Zu niedriger<br />

Druck / fallender Druck] [Druckschwankungen]<br />

PROBLEME MIT DEN PEAKS<br />

[Keine Peaks] [Breite Peaks] [Peak-Tailing] [Peak-Fronting] [Doppelte Peaks] [Negative Peaks] [Geister-Peaks]<br />

[Zu kleine Peaks] [Zu grofle Peaks]<br />

PROBLEME MIT DER BASISLINIE<br />

[Drift] [regelm‰flige Schwankungen] [unregelm‰flige Schwankungen]<br />

[ver‰nderliche Retentionszeiten]<br />

LECKS<br />

� zu hoher Druck<br />

� Pumpe undicht<br />

� Sp¸lventil nicht richtig geschlossen<br />

� Mixer undicht<br />

� Drucksensor undicht<br />

� Pulsationsd‰mpfer defekt<br />

� Sechswegeventil undicht<br />

� falsche Spritze zu Probenaufgabe<br />

� Fitting zu lose, zu fest, gerissen, verschmutz, nicht passend<br />

� Verstopfungen<br />

� Detektorzelle undicht<br />

PROBLEME MIT DEM SECHSWEGEVENTIL<br />

� Leck<br />

� Rotor zu fest angezogen<br />

� Dosierschleife verstopft<br />

� Spritze verschmutzt<br />

KEIN FLUSS<br />

� Mangel an station‰rer Phase<br />

� Ansaugfilter verstopft<br />

� Pumpe nicht eingeschaltet<br />

� Sicherung durchgebrannt<br />

� Pumpe wegen ‹berschreitung der Drucklimits ausgeschaltet<br />

� Pumpe wegen ‹berschreitung der Zeit ausgeschaltet<br />

� Luft in der Pumpe<br />

� Pumpe defekt<br />

� Leck<br />

ZU GERINGER FLUSS<br />

� Pumpe falsch programmiert<br />

� Druck zu hoch<br />

� Lecks<br />

<strong>Chromatographie</strong> 45<br />

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ZU HOHER DRUCK / STEIGENDER DRUCK<br />

� zu hohe Flussrate eingestellt<br />

� S‰ule oder Vors‰ule verstopft, auch durch Bakterien<br />

� Verstopfung System (Sechswegeventil, Schl‰uche, Detektorzelle, Ablauf)<br />

� Ausf‰llung von Salzen<br />

� mobile Phase mit zu hoher Viskosit‰t<br />

� station‰re Phase zu fein gekˆrnt<br />

� Polymer als station‰re Phase: bei Eluentenwechsel gequollen<br />

� S‰ulentemperatur zu niedrig<br />

� Drucksensor defekt<br />

ZU NIEDRIGER DRUCK / FALLENDER DRUCK<br />

� kein Druckausgleich bei Vorrat der mobilen Phase<br />

� Flussrate zu niedrig eingestellt<br />

� Luftblase in der Pumpe<br />

� Dichtung oder Ventil an Pumpe defekt<br />

� Drucksensor defekt<br />

� Leck zwischen Pumpe und S‰ule<br />

� falsche S‰ule<br />

� S‰ule zu warm<br />

DRUCKSCHWANKUNGEN<br />

� Gradiententrennung: normal<br />

� mobile Phase nicht entgast<br />

� Luftblase in der Pumpe<br />

� Pumpe defekt (Ventile, Kolbendichtung)<br />

� Lecks zwischen Pumpe und S‰ule<br />

KEINE PEAKS<br />

� Probe nicht oder falsch eingespritzt<br />

� kein Fluss<br />

� Detektor funktioniert nicht (Lampe aus, falsche Einstellungen, Verbindung unterbrochen)<br />

� Integrator falsch programmiert<br />

BREITE PEAKS<br />

� zwei nicht getrennte Peaks<br />

� zuviel oder zu konzentrierte Probe (‹berladung), Probenschleife zu grofl<br />

� zu grofles Totvolumen in der Apparatur<br />

� falsche mobile Phase (Art, Zusammensetzung, Reinheit)<br />

� zu geringe Pufferkonzentration<br />

� Vors‰ule kontaminiert<br />

� zu geringer Fluss<br />

� zu lange Retentionszeit<br />

� zu niedrige S‰ulentemperatur<br />

� Leck zwischen S‰ule und Detektor<br />

� Detektorzelle zu grofl<br />

� Detektoreinstellung zu langsam<br />

<strong>Chromatographie</strong> 46<br />

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PEAK-TAILING<br />

unsymmetrischer Peak: schneller Anstieg und langsamer Abfall<br />

� nicht getrennte Peaks<br />

� Verstopfung der Vors‰ule<br />

� Totvolumen im System<br />

� pH-Wert der mobilen Phase zu nahe am pK-Wert der betreffenden Substanz<br />

� Wechselwirkung zwischen Komplexbildnern und Metallspuren in der S‰ule (Abhilfe: andere S‰ule,<br />

EDTA-Zusatz zur mobilen Phase)<br />

PEAK-FRONTING<br />

unsymmetrischer Peak: langsamer Anstieg und schneller Abfall<br />

� nicht getrennte Peaks<br />

� ‹berladung der S‰ule<br />

� Kanalbildung in der S‰ule<br />

� Detektorzelle zu grofl<br />

DOPPELTE PEAKS<br />

� Probe doppelt eingespritzt<br />

� zwei schlecht getrennte Substanzen<br />

� S‰ulen¸berladung<br />

� Lˆsungsmittel der Probe zu stark<br />

� Dosierschleife verstopft<br />

� Vors‰ule verstopft<br />

� Totvolumen oder Kanalbildung in der S‰ule<br />

DEFORMIERTE PEAKS<br />

� S‰ule ¸berladen<br />

� falscher Messbereich des Detektors<br />

� Integrator falsch eingestellt<br />

� Zeitkonstante von Detektor oder Integrator zu hoch<br />

NEGATIVE PEAKS<br />

� bei Brechzahl- und Leitf‰higkeitsdetektor normal, ggf. den Detektor umpolen<br />

� UV-Detektor: Probenkomponente absorbiert schw‰cher als mobile Phase<br />

GEISTER-PEAKS<br />

� versp‰tete Elution aus einer fr¸heren Analyse<br />

� Verunreinigung<br />

� Luftblase im Detektor<br />

� S‰ule offen gelagert<br />

ZU KLEINE PEAKS<br />

� Probenverluste bei der Aufbereitung<br />

� zu wenig / zu gering konzentrierte Probe eingespritzt<br />

� Detektor falsch eingestellt: Zeitkonstante zu grofl, Abschw‰chung zu hoch, D‰mpfung zu stark<br />

� irreversible Adsorption in der S‰ule (durch entsprechende Zus‰tze zur mobilen Phase unterbinden)<br />

ZU GROflE PEAKS<br />

� S‰ule ¸berladen (Volumen oder Konzentration reduzieren)<br />

� Detektor ¸bersteuert<br />

<strong>Chromatographie</strong> 47<br />

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DRIFT DER BASISLINIE<br />

� Gradiententrennung: normal, ggf. mobile Phase wechseln (Reinheit, Art, UV-absorbierenden Zusatz in<br />

der durchsichtigeren Komponente)<br />

� sehr breiter Peak<br />

� Mischungsprobleme bei der mobilen Phase<br />

� Ansammlung von Verunreinigungen<br />

� S‰ulentemperatur ‰ndert sich<br />

� Wellenl‰nge nicht bei Extinktionsmaximum<br />

� Detektorzelle verschmutzt<br />

� Luftblase im Detektor<br />

� Detektorzelle undicht<br />

UNREGELMƒflIGE SCHWANKUNGEN DER BASISLINIE<br />

� am Start des Chromatogramms: Inkompatibilit‰t von Lˆsungsmittel der Probe und mobiler Phase<br />

� Mischungsprobleme bei der mobilen Phase<br />

� Luftblase im System<br />

� Leck<br />

� Dosierventile in der Pumpe defekt<br />

� Mischer funktioniert nicht richtig<br />

� langsam: Temperaturschwankungen<br />

� S‰ule zu warm, mobile Phase siedet<br />

� S‰ule verliert station‰re Phase<br />

� schwache Detektorlampe<br />

� Detektor verschmutzt<br />

� elektrische Stˆrungen von anderen Ger‰ten<br />

REGELMƒflIGE SCHWANKUNGEN DER BASISLINIE<br />

� periodisch: Pulsation der Pumpe<br />

� Verunreinigungen<br />

� Luftblase im System<br />

� Leck<br />

� Mischungsproblem der mobilen Phase<br />

� unterschiedliche Temperatur von Detektor und S‰ule<br />

� Detektor defekt<br />

� elektrische Stˆrungen von anderen Ger‰ten<br />

VERƒNDERLICHE RETENTIONSZEITEN<br />

� k¸rzer: ‹berladung der S‰ule<br />

� falsche Flussrate<br />

� k¸rzer: Verlust an station‰rer Phase<br />

� l‰nger: Lecks<br />

� S‰ule nicht equilibriert<br />

� unzureichende Pufferkapazit‰t<br />

� Mischungsprobleme<br />

� S‰ulentemperatur nicht konstant<br />

� Luft in der Pumpe<br />

� ge‰nderte Zusammensetzung der mobilen Phase<br />

<strong>Chromatographie</strong> 48<br />

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5. GASCHROMATOGRAPHIE ( GC )<br />

Die Verwendung von Gasen als mobile Phase setzt eine spezielle Ausstattung voraus.<br />

Benˆtigt werden:<br />

1. Gasversorgung,<br />

2. Probenaufgabesystem,<br />

3. S‰ule mit Ofen,<br />

4. Detektor und<br />

5. Integrator<br />

Die Teile 2 bis 5 sind h‰ufig in den Gaschromatographen integriert.<br />

Zur Auswertung der Gaschromatogramme muss man noch etwas rechnen.<br />

5.1. GASVERSORGUNG<br />

Als mobile Phasen (Tr‰gergase) werden ¸berwiegend inerte Gase<br />

wie Stickstoff, Argon, Wasserstoff oder Helium eingesetzt. F¸r<br />

die Trennung spielt die Art des Gases nur eine untergeordnete<br />

Rolle.<br />

� Wasserstoff und Helium sind mit ihrer hohen<br />

W‰rmeleitf‰higkeit besonders beim TCD geeignet.<br />

� Wasserstoff bildet mit Luft explosive Mischungen.<br />

� Mit Stickstoff benˆtigt man eine geringere<br />

Flieflgeschwindigkeit, um gleiche Trennergebnisse zu<br />

erzielen wie mit Helium.<br />

� Stickstoff ist das billigste Gas.<br />

Gase werden heute ¸blicherweise komprimiert in Druckgasflaschen (Photo) geliefert, f¸r die<br />

besondere Sicherheitsvorschriften gelten. F¸r manche Detektoren wird zus‰tzlich noch<br />

synthetische Luft benˆtigt.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 49<br />

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In den Druckgasflaschen herrscht etwa der<br />

200-fache Atmosph‰rendruck, das ist viel zu<br />

viel f¸r die GC. Mit Reduzierventilen kann<br />

man den Druck anpassen (herabsetzen).<br />

Meist arbeitet man mit mehreren solcher<br />

Reduzierventile hintereinander (an der<br />

Gasflasche, an der Entnahmestation, im<br />

GC).<br />

Es ist wichtig, die einzelnen Bedienungselemente<br />

richtig zu benutzen: Es gibt jeweils<br />

einen Absperrhahn f¸r die Gaszufuhr (1) und<br />

manchmal auch den Gasausgang sowie einen<br />

Regelknopf f¸r den reduzierten Druck (2). Weiter kann man den Vordruck und/oder den<br />

Arbeitsdruck an einem Manometer ablesen (hier: Arbeitsdruck). ‹ber den Druck wird die<br />

Strˆmungsgeschwindigkeit in der S‰ule geregelt.<br />

An das Gas f¸r die GS werden hohe Reinheitsanforderungen gestellt. Wenn die vom<br />

Hersteller gelieferte Qualit‰t nicht ausreicht, kˆnnen noch spezielle Gasreinigungspatronen<br />

eingesetzt werden:<br />

� Sauerstoff-Filter arbeiten mit einem leicht<br />

oxydierbaren Metall auf einem porˆsen<br />

Tr‰ger.<br />

� Als Wasserfilter dienen Molekularsiebe, das<br />

sind Silikate mit groflen Kristallgitter-<br />

Hohlr‰umen, in denen kleine Molek¸le<br />

gebunden werden kˆnnen.<br />

� Aktivkohlefilter halten ÷l (von Pressluft-<br />

Kompressoren) sowie einige schwefel- und<br />

halogenhaltige Substanzen zur¸ck.<br />

� Kohlendioxid wird mit Natriumhydroxid auf einem Tr‰germaterial entfernt.<br />

� Katalytische Filter verbrennen einige Verunreinigungen, sie benˆtigen also Sauerstoff und m¸ssen vor<br />

den ¸brigen Filtern installiert sein.<br />

Teilweise auf der Basis von Gasfiltern werden auch Gasgeneratoren angeboten f¸r Null-Luft<br />

(frei von Kohlenwasserstoffen, z.T. auch von Wasser und Kohlendioxid), Stickstoff und<br />

Wasserstoff. Der Wasserstoff wird dabei elektrolytisch aus Wasser gewonnen.<br />

5.2. PROBENAUFGABE<br />

‹BERSICHT<br />

Die grundlegenden Elemente eines Einlass-Systems f¸r die GC werden am einfachsten<br />

Beispiel ñ einem Einlass ohne Split f¸r fl¸ssige Proben ñ erl‰utert. In der Kapillar-GC wird<br />

der Einsatz eines Splitters notwendig, um die S‰ule nicht zu ¸berladen. Bei der Headspace-<br />

Technik arbeitet man nicht mit Probenlˆsungen, sondern entnimmt das<br />

Untersuchungsmaterial aus dem Gasraum ¸ber der Probe. Neben diesen Standard-Techniken<br />

gibt es noch weitere Mˆglichkeiten, die Proben auf eine GC-S‰ule zu geben.<br />

EINLASS OHNE SPLIT<br />

Bei gepackten S‰ulen mit ihrem grˆfleren Querschnitt und in der Spurenanalytik auf<br />

Kapillars‰ulen reicht als fl¸ssiges Probenvolumen etwa 1 µl aus. Diese Menge kann gerade<br />

noch bequem mit einer Mikroliterspritze abgemessen werden.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 50<br />

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Beim Einspritzen soll die Probe schnell<br />

verdampfen, es entstehen dabei etwa 1 ml<br />

Gas. Deshalb befinden sich alle Teile des<br />

Einlass-Systems in einem Einspritzblock<br />

(Bild), dessen Temperatur deshalb ¸ber dem<br />

Siedepunkts des Lˆsemittel liegen soll ñ aber<br />

nicht zu sehr, da sonst thermische<br />

Zersetzungsreaktionen auftreten kˆnnen. Das<br />

Gas (1) wird durch den Einspritzblock zur<br />

S‰ule (2) gef¸hrt.<br />

Durch ein Septum (3) kann mit einer Mikroliterspritze die Probe in den<br />

Einspritzblock gebracht werden, ohne dass an dieser Stelle das Gas<br />

austritt. Die Septen bestehen meist aus Silikonkautschuk und/oder<br />

Teflon. Gelegentlich m¸ssen die Septen gewechselt werden, wenn sie<br />

durch viele Injektionen beginnen auszureiflen oder anfangen zu "bluten",<br />

d.h. Bestandteile an das Gas abgeben. Dabei muss das richtige Septum<br />

gew‰hlt werden (Abmessungen, Maximaltemperatur, Verwendungszweck)<br />

und die Septumschraube darf nur mit Gef¸hl angezogen werden.<br />

An der heiflen Oberfl‰che des Einspritzblocks<br />

kann es zu chemischen Reaktionen<br />

der Probe kommen. Um das zu verhindern<br />

wird ein Inlet Liner (4) eingesetzt. Er<br />

besteht aus Glas, das durch eine spezielle<br />

Behandlung (Silanisierung) inaktiviert wird,<br />

so dass keine Adsorption u.‰. zu erwarten ist. Das Volumen muss zur verwendeten S‰ule<br />

passen. Die spezielle Formgebung oder eine F¸llung aus silanisierter Glaswolle vergrˆflert die<br />

Oberfl‰che und beschleunigt so die Verdampfung.<br />

Die Mikroliterspritzen f¸r die GC erlauben die Abmessung von Bruchteilen eines µl, indem<br />

die Nadel als Zylinder und ein d¸nner Draht darin als Kolben verwendet wird. Sie sind<br />

entsprechend vorsichtig zu handhaben. Der Spritzenhalter sch¸tzt die Spritze dabei z.T.<br />

1. Vor dem Einspritzen werden sie gr¸ndlich mit der jeweiligen Probe ausgesp¸lt, um<br />

Verschleppungen zu vermeiden.<br />

2. Dann zieht man die Probe auf, l‰sst den ‹berschuss aus der Spritze heraus und wischt<br />

die Nadel ab, ohne dabei ÷ffnung zu ber¸hren.<br />

3. Man setzt die Nadel in der Mitte des Septums genau im rechten Winkel dazu auf und<br />

durchsticht vorsichtig das Septum. Dabei f¸hrt man die Nadel in der Mitte zwischen<br />

zwei Fingern, um ein Verbiegen zu vermeiden.<br />

4. Ist die Nadel weit genug eingef¸hrt, injiziert man die Probe und entfernt die Spritze<br />

wieder.<br />

Einige Alternativen zum beschriebenen Vorgehen sind:<br />

� Die Verdampfung der Probe aus der gef¸llten Nadel, d.h. der Kolben wird bei der Probenaufgabe nicht<br />

bewegt.<br />

� Das Einspritzen mit heifler Nadel: Nach dem Einf¸hren der Nadel wartet man eine bestimmte Zeit,<br />

bevor man die Probe einspritzt.<br />

� Zus‰tzliches Einspritzen einer Luftblase und/oder von etwas reinem Lˆsungsmittel nach der Probe ñ<br />

dazu muss man nat¸rlich vorher entsprechend aufziehen.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 51<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


EINLASS MIT SPLIT<br />

Die Kapillar-GC erfordert Probenmengen<br />

unter 0,01 µl, die man nicht mehr einfach<br />

handhaben kann. Stattdessen spritzt man<br />

etwa 1 µl ein und verdampft diese Probe im<br />

Einspritzblock. Nun wird allerdings der<br />

grˆflte Teil davon seitlich aus dem<br />

Einspritzblock in die Umgebung entlassen<br />

und nur ein kleiner Rest gelangt auf die<br />

Trenns‰ule. Das Splitverh‰ltnis wird durch<br />

das Splitventil (A) geregelt, je weiter man dieses ˆffnet, desto weniger Probe gelangt auf die<br />

S‰ule. Das genaue Verh‰ltnis h‰ngt aber auch vom Tr‰gergas, Vordruck und den<br />

Temperaturen von Einspritzblock und Trenns‰ule ab. Mit geschlossenem Splitventil kann<br />

man auch "splitless" arbeiten.<br />

HEADSPACE-TECHNIK<br />

WEITERE SYSTEME<br />

Bei der Headspace-Technik werden die Probengef‰fle mit<br />

Septen verschlossen und dann aus dem Gasraum ¸ber der<br />

Probe das Untersuchungsmaterial entnommen. Dazu werden<br />

die Gl‰schen in einen beheizten (Revolver-)Halter eingesetzt<br />

(Verdampfung der interessanten Bestandteile) und einige<br />

Minuten temperiert. Dann wird der Halter vor die<br />

Injektionsposition gedreht und auf die Injektionsnadel<br />

geschoben. Nach einem programmierten Schema entnimmt<br />

das Ger‰t dann ein bestimmtes Gasvolumen aus dem<br />

Probengef‰fl und schickt es auf die S‰ule.<br />

Beim PTV-System (programed temperature vaporization) kann der Einspritzblock erst<br />

unmittelbar nach der Injektion sehr rasch (bis 20 C pro Sekunde) und programmiert auf die<br />

erforderliche Temperatur aufgeheizt werden. Man vermeidet dadurch stˆrende thermische<br />

Reaktionen.<br />

Manche GC-System verzichten auf einen Einspritzblock und ermˆglichen eine<br />

Direkteinspritzung auf die (kalte) S‰ule. Ihre Bedienung erfordert besondere Erfahrung.<br />

Die SPME (solid phase micro extraction) integriert einen Teil der Probenvorbereitung mit der<br />

Probenaufgabe. Eine feine Faser, mit einem passenden Absorptionsmittel versehen und in<br />

einem Metallhalter gesch¸tzt, absorbiert aus der Probe (entweder ¸ber den Gasraum oder aus<br />

der Fl¸ssigkeit) die interessanten Analyten. Diese Faser kann dann mit ihrem Halter wie eine<br />

Spritze gehandhabt werden, im Ein"spritz"block verdampft das absorbierte Material. Beim<br />

Durchstechen der Septen muss die Faser nat¸rlich durch den Halter gesch¸tzt sein!<br />

<strong>Chromatographie</strong> 52<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


5.3. SƒULEN<br />

‹BERSICHT<br />

Zuerst wurden in der Gaschromatographie gepackte S‰ulen, ‰hnlich wie in der HPLC,<br />

verwendet. Inzwischen wurden sie weitgehend von Kapillars‰ulen abgelˆst. In beiden<br />

S‰ulentypen befinden sich speziell f¸r die GC entwickelte station‰re Phasen. Die<br />

"Lˆslichkeit" der Probenkomponenten ist durch ihren jeweiligen Gleichgewichts-Dampfdruck<br />

gegeben, der stark von der Temperatur abh‰ngt. Statt der mobilen Phase variiert man bei der<br />

GC deshalb die Temperatur der Trenns‰ule, die sich dazu in einem thermostatisierten<br />

S‰ulenofen befindet.<br />

GEPACKTE SƒULEN<br />

Die S‰ulen mit einem Innendurchmesser von<br />

2 bis 4 mm sind mit der station‰ren Phase<br />

gef¸llt. Diese Kˆrner haben einen<br />

Durchmesser, der etwa 10% der S‰ule<br />

ausmacht und sind porˆs. Adsorptionsphasen<br />

kˆnnen direkt eingef¸llt werden, w‰hrend die<br />

fl¸ssigen Verteilungsphasen als<br />

Impr‰gnierung eines von Kieselgur<br />

abgeleiteten Tr‰germaterials (Chromosorb)<br />

Verwendung finden. Wegen des<br />

Strˆmungswiderstandes der Packung kˆnnen<br />

diese S‰ulen nur 1 bis 6 m lang sein. Die<br />

Wand der Trenns‰ulen besteht aus Kupfer, Stahl, Glas oder Quarzglas.<br />

KAPILLARSƒULEN<br />

Mit Innendurchmessern von 0,05 bis 0,53<br />

mm (typisch: 0,32 mm) sind die<br />

Diffusionswege zur Wand so kurz, dass auf<br />

eine durchgehende F¸llung der<br />

Kapillars‰ulen verzichtet werden kann. Die<br />

station‰re Phase bildet nur einen d¸nnen<br />

Film (z.B. 0,25 µm) oder eine Beschichtung<br />

auf der Wand. Eine grˆflere Adsorptionsfl‰che<br />

erreicht man mit porˆsen<br />

Beschichtungen. Der Strˆmungswiderstand<br />

ist geringer als bei den gepackten S‰ulen, so<br />

kˆnnen wesentlich l‰ngere S‰ulen zum Einsatz kommen (bis 100 m). Bei vergleichbarer<br />

Trennstufenhˆhe erreicht man dadurch erheblich bessere Trennungen. Allgemein wird die<br />

Trennung verbessert durch l‰ngere S‰ulen, engere Kapillaren und d¸nnere Filme, wobei man<br />

aber Nachteile hinsichtlich der S‰ulenkapazit‰t und der Trennungsdauer hinnehmen muss.<br />

Neben neuerdings wieder eingef¸hrten Edelstahls‰ulen verwendet man in der Regel<br />

Kapillaren aus "fused silica", einem synthetischen hochreinen Quarzglas, das zum<br />

mechanischen Schutz mit einem gelblich-braunen Polyimid-‹berzug versehen ist.<br />

Wide bore S‰ulen nehmen hinsichtlich der Abmessungen und der Trennleistung eine<br />

Zwischenstellung zwischen gepackten und Kapillar-S‰ulen ein. Mit ihnen kˆnnen alte Ger‰te<br />

f¸r gepackte S‰ulen aufger¸stet werden.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 53<br />

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STATIONƒRE PHASEN<br />

Lange Zeit wurden unsystematisch die verschiedensten Materialien in der GC mehr oder<br />

weniger erfolgreich eingesetzt. Als unpolares Standardmaterial hat sich Squalan bew‰hrt, ein<br />

Kohlenwasserstoff, der aus Haifischlebertran gewonnen wurde. Heute ist etwas Systematik<br />

eingekehrt, viele Hersteller verwenden einheitliche Bezeichnungen f¸r die S‰ulenmaterialien,<br />

obwohl sie aus verst‰ndlichen Gr¸nden nicht alle Einzelheiten der Zusammensetzung und<br />

Herstellung der Phasen verraten.<br />

Viele Phasen f¸r die Verteilungschromatographie leiten sich von den Polysiloxanen her, das<br />

sind Polymere mit prinzipiell folgendem Aufbau:<br />

R R R R R R R<br />

| | | | | | |<br />

� � O � Si� O � Si� O � Si� O � Si� O � Si� O �Si� O �Si� O ��<br />

| | | | | | |<br />

R R R R R R R<br />

Die Reste R sind organische Gruppen, sie bestimmen die chromatographischen Eigenschaften<br />

der Phase. Es kommen zum Einsatz:<br />

� Methylgruppen (-CH3, unpolar)<br />

� Phenylgruppen (-C6H5, etwas polar)<br />

� Cyanopropyl-Gruppen (-(CH2)3-CN, stark polar)<br />

Die Tabelle gibt eine ‹bersicht g‰ngiger Phasen:<br />

Bez. Polarit‰t Tmax Methyl- Phenyl- Cyanopropyl-<br />

1 unpolar 360 C<br />

5 unpolar 340 C<br />

1301 schwach polar 280 C<br />

20 schwach polar 310 C<br />

35 mittel polar 300 C<br />

1701 mittel polar 280 C<br />

50 mittel polar 340 C<br />

65 mittel polar 370 C<br />

225 polar 260 C<br />

2330 stark polar 275 C<br />

Bei der Herstellung kommen noch weitere Aspekte zur chemischen Struktur dazu, die die S‰ulen oft f¸r einen<br />

bestimmten Einsatz optimieren:<br />

� Der Polymerisationsgrad, d.h. die Kettenl‰nge der Molek¸le,<br />

� der Vernetzungsgrad hat Einfluss auf die Stabilit‰t der Phase,<br />

� weitere Zus‰tze,<br />

� die Reinheit der verwendeten Chemikalien,<br />

� die Art der Aufbringung in der S‰ule (meist als Lˆsung),<br />

� eine Stabilisierungsbehandlung, bei der chemische Bindungen zwischen Wand und Film entstehen,<br />

� spezielle Reinigungsprozeduren vor der Auslieferung.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 54<br />

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Wichtige Phasen sind noch die polaren Carbowachse, das sind Polyethylenglykole mit dem<br />

chemischen Aufbau:<br />

�� O � CH � CH � O � CH � CH � O � CH � CH � O ��<br />

F¸r spezielle Zwecke gibt es besondere Phasen wie z.B.<br />

2 2 2 2 2 2<br />

� Poly(Trifluoropropyl-Methyl-Siloxan) f¸r Substanzen mit freien Elektronenpaaren,<br />

� Poly-Carboran-Siloxan mit besonders hoher maximaler Einsatztemperatur (460 C) und<br />

� permethylierte Cyclodextrine in Poly(dimethylsiloxan) eingebettet zur Trennung von Enantiomeren.<br />

Feste Adsorbenzien werden haupts‰chlich zur Trennung von Gasen und leicht fl¸chtigen Substanzen eingesetzt,<br />

z.B.<br />

� Aluminiumoxid<br />

� Molekularsiebe<br />

� Polyvinylbenzol u.a. Polymere<br />

� graphitierter Rufl (zur Trennung der Blutalkohole)<br />

SƒULENOFEN<br />

Die S‰ulentemperatur spielt bei der GC<br />

eine ungleich wichtigere Rolle als bei den<br />

fl¸ssigkeitschromatographischen Verfahren.<br />

Was man dort mit unterschiedlichen mobilen<br />

Phasen erreichen kann ist in der GC nur mit<br />

der Temperatursteuerung mˆglich.<br />

Aus diesem Grund befindet sich die S‰ule in<br />

einem thermostatisierten Ofen. Die Heizung<br />

erfolgt elektrisch, ein Ventilator sorgt durch<br />

eine gleichm‰flige Temperaturverteilung.<br />

Bei einer isothermen Trennung arbeitet<br />

man bei konstanter Temperatur, man kann<br />

aber auch, ‰hnlich der Gradientenmethode<br />

bei der HPLC, mit einem ansteigenden<br />

Temperaturprogramm arbeiten. Auch Einspritzblock und Detektor sind beheizt, meist etwas<br />

hˆher als die S‰ule.<br />

Alle Gas-Verbindungen m¸ssen unbedingt dicht sein, sonst geht unkontrolliert Gas (und<br />

damit analytische Information) verloren. F¸r den Einsatz bei wechselnden, hohen<br />

Temperaturen gibt es spezielle Dichtungen (Ferrules) aus Graphit.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 55<br />

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5.4. DETEKTOREN<br />

Die Grˆfle des Detektorsignals h‰ngt ab von<br />

� der Menge der im Detektor befindlichen Substanz,<br />

� der chemischen Struktur dieser Substanz und<br />

� der Art und den Einstellungen des verwendeten Detektors.<br />

D.h. gleiche Mengen unterschiedlicher Substanzen liefern i.d.R. unterschiedliche Mess-<br />

Signale und gleiche Mengen derselben Substanz erzeugen bei verschiedenen Detektoren<br />

unterschiedlich grofle Mess-Signale! Die folgenden Detektoren werden in der<br />

Gaschromatographie benutzt:<br />

Der W‰rmeleitf‰higkeitsdetektor (TCD = thermal conductivity detector) misst<br />

Konzentrationen am S‰ulenausgang. Am besten wird er zusammen mit Wasserstoff oder<br />

Helium als Tr‰gergas eingesetzt, da diese Gase eine besonders hohe W‰rmeleitf‰higkeit<br />

besitzen und deshalb alle anderen Substanzen besonders gut auffallen. Meist findet man sie<br />

bei gepackten S‰ulen, f¸r Kapillars‰ulen kˆnnen sie nicht hinreichend miniaturisiert werden.<br />

Der TCD ist ein Universaldetektor, mit dem man nahezu alle Substanzen nachweisen kann.<br />

Die Nachweisgrenze liegt bei etwa 1000 pg.<br />

Beim Flammenionisationsdetektor FID wird das aus der S‰ule auftretende Gas in eine<br />

Knallgasflamme geleitet. Wenn dabei organische Verbindungen verbrennen, entstehen Ionen<br />

ñ etwa eines von 1.000.000 Molek¸len wird ionisiert (in der reinen Knallgasflamme selbst<br />

entstehen kaum Ionen). Zwischen Brenner und einer dar¸ber angebrachten Ringelektrode, an<br />

denen eine Spannung von einigen 100 V anliegt, flieflt dadurch ein elektrischer Strom. Die<br />

Nachweisgrenze liegt bei 10 pg.<br />

Im thermoionischen Detektor (TID) befindet sich eine elektrisch beheizte Silikatperle, die<br />

Rubidium enth‰lt. Mit stickstoff- oder phosphorhaltigen Substanzen reagiert sie unter Bildung<br />

von Ionen, die ‰hnlich wie bei FID nachgewiesen werden. Weil mit diesem Detektor bis zu 1<br />

pg dieser Stoffe nachgewiesen werden kˆnnen, spricht man auch vom Stickstoff-<br />

Phosphordetektor (NPD).<br />

Der Elektroneneinfangdetektor (ECD) reagiert empfindlich (1 pg) auf Substanzen, die<br />

Halogene, Schwefel, Schwermetalle oder Nitrogruppen enthalten. Die Betastrahlung des<br />

radioaktiven 63 Ni ionisiert das Tr‰gergas (optimal: Helium) und die genannten Verbindungen<br />

fangen die gebildeten Ionen ein. So kommt es zu einem Einbruch der Leitf‰higkeit, wenn<br />

entsprechende Substanzen die S‰ule verlassen. Aus elektrischen Gr¸nden arbeitet man mit<br />

einer gepulsten Gleichspannung, u.a. wird dadurch die Entladung der entstehenden schweren<br />

Ionen an Stelle der Elektronen vermieden.<br />

Der flammenphotometrische Detektor (FPD) verbrennt die Probe ‰hnlich wie ein FID in<br />

einer Knallgasflamme. Dann wird allerdings die Extinktion gemessen, die je nach gew‰hlter<br />

Wellenl‰nge bis herab zu 10 pg Schwefel, Phosphor oder Zinn anzeigt.<br />

Ein Massenspektrometer (MS) als Detektor bietet den Vorteil, von den austretenden<br />

Substanzen weitere analytische Informationen zu erfassen. Den Molek¸len wird so viel<br />

Energie zugef¸hrt, dass sie in Bruchst¸cke zerfallen, die dann nach der Masse sortiert<br />

registriert werden. Aus dem Zerfallsmuster kann man R¸ckschl¸sse auf die Struktur der<br />

Substanz ziehen (GC-MS-Kopplung).<br />

<strong>Chromatographie</strong> 56<br />

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5.5. FEHLERQUELLEN<br />

Unbefriedigende Ergebnisse bei der GC kˆnnen verschiedene Ursachen haben, die man nach<br />

der H‰ufigkeit einteilen kann: Zuerst kommen Bedienungsfehler, dann untaugliche Proben<br />

und schliefllich eine falsche, schlechte oder defekte S‰ule sowie Ger‰tefehler. Einige h‰ufige<br />

Ursachen werden hier ñ nach Symptomen sortiert ñ genannt.<br />

PEAKS<br />

KEINE PEAKS<br />

� Kein Tr‰gergasstrom<br />

� Detektor ausgeschaltet, FID brennt nicht<br />

� falsche Einstellungen<br />

� in falsche S‰ule injiziert, falscher Detektor eingestellt<br />

� Mikroliterspritze defekt<br />

� Septum undicht<br />

� Temperatur des Einspritzblocks zu niedrig<br />

� Integrator oder Elektronik defekt<br />

ZU WENIGE PEAKS<br />

� Probe zu verd¸nnt / zu wenig Probe eingespritzt<br />

� Leck an Septum oder S‰ule<br />

� falsche Temperatureinstellungen<br />

� falsche Flussrate des Gases<br />

� Adsorption im Inlet Liner<br />

� falsche S‰ule<br />

ZU VIELE PEAKS<br />

� doppelte Einspritzung<br />

� Verunreinigungen der Probe, des Lˆsungsmittels, des Probenbeh‰lters<br />

� Peaks von voriger Analyse<br />

� Adsorption und verzˆgerte Desorption der Probe<br />

� Mikroliterspritze verschmutzt<br />

� Septum undicht<br />

� Reaktionen der Probe (Vorbereitung, Zersetzung auf der S‰ule)<br />

ZU KLEINE PEAKS<br />

� schlechte Einspritztechnik<br />

� falsche Einstellungen<br />

� Mikroliterspritze defekt<br />

� Septum undicht<br />

� Einspritzblock zu kalt<br />

� Adsorption der Probe im Ger‰t<br />

TAILING (STEILER ANSTIEG, LANGSAMER ABFALL)<br />

� S‰ule oder Einspritzblock zu kalt<br />

� zwei nicht getrennt Peaks<br />

� Adsorption<br />

<strong>Chromatographie</strong> 57<br />

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LEADING (LANGSAMER ANSTIEG, STEILER ABFALL)<br />

� S‰ule ¸berladen<br />

� zwei nicht getrennte Peaks<br />

� Probe kondensiert oder zersetzt sich<br />

DOPPELTE PEAKS<br />

� Detektor massiv ¸bersteuert<br />

� Probe verdampft vor der Injektion<br />

VERFORMTE PEAKS<br />

� Peakspitze falsch: Detektor ¸bersteuert<br />

� Peakspitze falsch: falsche Einstellungen<br />

� Knicke am Peakfufl: Basislinie falsch eingestellt<br />

BREITER L÷SUNGSMITTELPEAK<br />

� normal bei stark verd¸nnten Proben<br />

� schlechte Einspritztechnik<br />

� Totvolumen<br />

� Einspritzblock zu kalt<br />

� Reaktionen des Lˆsungsmittels mit S‰ule oder Detektor<br />

GRUNDLINIE<br />

NICHT AUF NULL<br />

� ECD noch nicht betriebsbereit<br />

� zu geringer Gasfluss<br />

� S‰ulentemperatur zu hoch<br />

� Kontamination<br />

� Detektor defekt<br />

DRIFT<br />

� bei hohen Temperaturen: Gasfluss temperaturabh‰ngig<br />

� Leck<br />

� Kontamination<br />

� S‰ulenbluten<br />

� Detektor defekt<br />

INSTABILE GRUNDLINIE, RAUSCHEN<br />

� Kontamination von S‰ule, Einspritzblock oder Detektor<br />

� Leck<br />

� Detektor defekt<br />

� schlechte Temperaturkontrolle<br />

� schwankende Gasdr¸cke<br />

� Spikes: elektronische Probleme und Verunreinigungen<br />

RETENTIONSZEITEN FALSCH<br />

� zu viel Probe eingespritzt<br />

� S‰ulentemperatur falsch<br />

� Gasfluss zu falsch eingestellt<br />

� Leck<br />

� S‰ule defekt<br />

<strong>Chromatographie</strong> 58<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


REPRODUZIERBARKEIT<br />

� schlechte Einspritztechnik<br />

� Einspritzblock zu kalt<br />

� falsche Einstellungen<br />

� Adsorption der Probe<br />

� schlechte Trennung der Peaks<br />

WEITERGEHENDE FEHLERSUCHE<br />

F¸r eine Fehlersuche bis in alle Details sollten eine Reihe von Hilfsmitteln zur Verf¸gung stehen: eine<br />

‰quivalente S‰ule zum Austausch, eine neue Mikroliterspritze, Hilfen zur Lecksuche, Ersatzsepten und<br />

-dichtungen, Detektorreiniger, ein Thermometer, ein Gasfluss-Messger‰t, ein Austauschintegrator und das<br />

Instrumenten-Handbuch. Mit einem geeigneten Plan kann man sich dann an die Arbeit machen ...<br />

<strong>Chromatographie</strong> 59<br />

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6. GLOSSAR<br />

A<br />

Analytische Chemie<br />

Anwendungsorientierter Bereich der Chemie, der die Frage nach der Zusammensetzung<br />

von reinen Substanzen und Gemischen untersucht.<br />

Analytik<br />

kurz f¸r Analytische Chemie.<br />

C<br />

Chromatogramm<br />

Ergebnis einer chromatographischen Trennung. Bei der Planarchromatographie die<br />

getrocknete station‰re Phase, bei der S‰ulenchromatographie die Aufzeichnung des<br />

(zeitabh‰ngigen) Detektorsignals.<br />

D<br />

Destillation<br />

Verfahren zur Abtrennung einer Fl¸ssigkeit aus einer Mischung. Die Mischung wird<br />

bis zum Sieden erhitzt und die aufsteigenden D‰mpfe durch Abk¸hlen wieder<br />

verfl¸ssigt. Leicht siedende Bestandteile kˆnnen so von festen oder bei hˆheren<br />

Temperaturen siedenden Substanzen abgetrennt werden.<br />

D¸nnschichtchromatographie<br />

Verfahren der Planarchromatographie, bei der als station‰re Phase eine d¸nne Schicht<br />

auf einem inerten Tr‰germaterial dient.<br />

E<br />

Enantiomer<br />

Manche organischen Molek¸le sind mit ihrem Spiegelbild nicht identisch, solche<br />

Molek¸lpaare bezeichnet man als Enantiomere. Sie unterscheiden sich in vielen<br />

physikalischen und chemischen Eigenschaften nicht, wichtige Ausnahmen sind die<br />

Reaktivit‰t gegen¸ber anderen solchen Stoffen und die optische Aktivit‰t. Bei<br />

letzteren handelt es sich um die F‰higkeit, die Polarisationsebene des Lichtes zu<br />

drehen, die beiden Enationeren drehen um den gleichen Betrag, aber in entgegen<br />

gesetzte Richtung. In der Biochemie kommt meist nur ein Enantiomer vor, sein<br />

Spiegelbild h‰tte ganz andere Stoffwechseleigenschaften.<br />

Extinktion<br />

Messgrˆfle in der Spektroskopie, die oft einen einfachen Zusammenhang mit der<br />

Zusammensetzung einer Probe aufweist. genauer: der negative dekadische<br />

Logarithmus der Transmission.<br />

Extraktion<br />

Trennverfahren, bei dem bestimmte Bestandteile mit einem fl¸ssigen<br />

Extraktionsmittel aus einer fl¸ssigen oder festen Probe herausgelˆst werden. Bei einer<br />

fl¸ssigen Probe d¸rfen sich die beiden Fl¸ssigkeiten nicht mischen, in diesem Fall<br />

bedient man sich des NERNST'schen Verteilungsgleichgewichts.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 60<br />

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F<br />

Filtration<br />

Trennverfahren, bei dem i.d.R. feste Bestandteile von einer Fl¸ssigkeit getrennt<br />

werden. Die Porenweite des Filters legt sie Grˆfle der zur¸ck gehaltenen Teilchen fest<br />

(s.a. Ultrafiltration). Mit entsprechendem Filter kˆnnen auch Gemenge von zwei nicht<br />

mischbaren Fl¸ssigkeiten (z.B. Fetttrˆpfchen in Milch) getrennt werden.<br />

Fluoreszenz<br />

Manche Stoffe strahlen unter UV-Licht sichtbares Licht ab. Diesen Vorgang<br />

bezeichnet man als Fluoreszenz. Das Papier der Banknoten enth‰lt fluoreszierende<br />

Fasern, ein wichtiges Indiz f¸r die Echtheit der Scheine.<br />

G<br />

Gel<br />

Lˆsung einer makromolekularen Substanz, deren Konzentration so hoch ist, dass die<br />

gelˆsten Molek¸le sich zu einem schwammartigen Ger¸st verbinden, in dessen<br />

Hohlr‰umen sich das Lˆsungsmittel befindet. Dadurch haben Gele eine relativ feste<br />

Konsistenz.<br />

Glasfritte<br />

Glaspulver kann durch Erw‰rmen oberfl‰chlich zum Schmelzen gebracht werden, die<br />

Glaskˆrner backen dadurch zusammen. Es entsteht ein porˆses Material (Glasfritte),<br />

das im Labor z.B. als Filter eingesetzt werden kann.<br />

H<br />

Henry, William<br />

1774-1836, englischer Arzt und Mitarbeiter von John Dalton. Er entdeckte das<br />

HENRYsche Gesetz.<br />

hydrophil<br />

= "wasserliebend", sich gut mit Wasser mischend, dann oft lipophob.<br />

hydrophob<br />

="wasserfliehend", sich nicht mit Wasser mischend, dann oft lipophil.<br />

I<br />

inert<br />

K<br />

Ein Material, das mit den Substanzen, mit denen es zusammenkommt, keine<br />

chemischen Reaktionen eingeht, bezeichnet man als inert.<br />

Knallgas<br />

explosive Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff, kann aber mit einem geeigneten<br />

Brenner ruhig brennen.<br />

Komponente<br />

Bestandteil<br />

L<br />

lipophil<br />

= "fettliebend", gut mit Fetten mischbar, dann oft hydrophob.<br />

lipophob<br />

= "fettfliehend", nicht mit Fetten mischbar, dann oft hydrophil.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 61<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


M<br />

Massenanteil<br />

Gehaltsangabe, definiert als Masse der Komponente geteilt durch die Masse der<br />

Mischung, abgek¸rzt mit w.<br />

Massenkonzentration<br />

Gehaltsangabe, definiert als Masse der Komponente geteilt durch das Volumen der<br />

Mischung, abgek¸rzt mit � * .<br />

Massenwirkungsgesetz<br />

Zusammenhang zwischen den Konzentrationen bei einem chemischen Gleichgewicht.<br />

N<br />

Nernst, Walter<br />

deutscher Physikochemiker (1864-1941), arbeitete u.a. im Bereich der<br />

Thermodynamik (3. Hauptsatz), der Elektrochemie (Nernst-Gleichung) und der<br />

Spektroskopie (Nernst-Stift als IR-Lichtquelle). F¸r die <strong>Chromatographie</strong> ist sein Satz<br />

¸ber Verteilungsgleichgewichte wichtig.<br />

P<br />

Papierchromatographie<br />

veraltetes Verfahren der Planarchromatographie, bei der ein spezielles Filterpapier als<br />

station‰re Phase dient.<br />

Phase<br />

Homogene Mischung (mit einer Komponente auch als reiner Stoff). Heterogene<br />

Mischungen bestehen aus mehreren Phasen (z.B. Milch = w‰ssrige Molke und<br />

Fetttrˆpfchen, Nebel = Luft und kleinste Wassertrˆpfchen).<br />

Planarchromatographie<br />

chromatographisches Verfahren, bei dem die d¸nne, fl‰chenfˆrmige station‰re Phase<br />

durch Kapillarkr‰fte von der mobilen Phase durchstrˆmt wird. Die veraltete<br />

Papierchromatographie ist in der Praxis durch die D¸nnschichtchromatographie ersetzt<br />

worden.<br />

Q<br />

Qualitative Analyse<br />

Chemische Untersuchung einer Substanz unter der Fragestellung: Was ist in der Probe<br />

enthalten?<br />

Quantitative Analyse<br />

Chemische Untersuchung einer Substanz unter der Fragestellung: Wie viel von einer<br />

bestimmten Substanz ist in der Probe enthalten?<br />

S<br />

Spektrometrie<br />

Spektroskopische Verfahren mit dem Schwerpunkt auf der Messung der Extinktion<br />

bzw. Absorption.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 62<br />

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Spektroskopie<br />

Untersuchung der energieabh‰ngigen Wechselwirkung zwischen Probe und Strahlung.<br />

‹blich sind neben sichtbarem Licht auch IR- (Infrarot-) und UV- (Ultraviolett-)<br />

Strahlung. Die Energie der Strahlung variiert hierbei mit der ihrer Wellenl‰nge. Bei<br />

der Emissions-Spektroskopie sendet die Probe selber Strahlung aus. Absorptions-<br />

Spektrometer messen wie viel Licht von einer Probe durchgelassen wird, die<br />

Extinktion zeigt dabei oft eine einfache Abh‰ngigkeit von der Zusammensetzung der<br />

Probe.<br />

Stoffmengenkonzentration<br />

Gehaltsangabe, definiert als Stoffmenge der Komponente geteilt durch das Volumen<br />

der Mischung, abgek¸rzt mit c.<br />

U<br />

Ultrafiltration<br />

Filtrationsverfahren mit so engen Poren, das sogar Molek¸le bis zu einer bestimmten<br />

Grˆfle (oft Proteine) zur¸ckgehalten werden.<br />

Ultrazentrifugation<br />

Spezielles Verfahren der Zentrifugation. Bei Drehzahlen ¸ber 50000 min -1 kˆnnen<br />

sogar feinste Teilchen (bis hin zu groflen Molek¸len) abgetrennt werden.<br />

Ultrazentrifugen erfordern besondere Sicherheitsmassnahmen (Rotorbruch,<br />

Erw‰rmung durch Luftreibung).<br />

Z<br />

Zentrifugation<br />

Verfahren zur Auftrennung heterogener Gemische (i.d.R. Feststoffe in einer<br />

Fl¸ssigkeit) durch Sedimentation auf Grund unterschiedlicher Dichte. Bei geringer<br />

Korngrˆfle kann die Sedimentation durch die Schwerkraft allein zu lange dauern, sie<br />

kann durch eine mehr tausendfach grˆflere Zentrifugalkraft ersetzt werden. s.a.<br />

Ultrazentrifugation.<br />

<strong>Chromatographie</strong> 63<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


7. LITERATUR UND LINKS<br />

B‹CHER<br />

K. Cammann, Instrumentelle Analytische Chemie, Heidelberg, 2001<br />

C.F.Poole, S.K.Poole, Chromatography today, Amsterdam, 1991<br />

G. Schwedt, Chromatographische Trennmethoden, Stuttgart, 1994<br />

G. Schwedt, Taschenatlas der Analytik, Stuttgart, 1996<br />

H.H. Willard u.a., Instrumental Methods of Analysis, Belmont, 1988<br />

A. Wollrab, <strong>Chromatographie</strong>, Kˆln, 1991<br />

diverse Schriften der Hersteller<br />

HERSTELLER<br />

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D-64293 Darmstadt<br />

<strong>Chromatographie</strong> 64<br />

© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002


LINKS<br />

Chemie-Portalseite www.chemie.de<br />

Chemie-Linkseite von Rolf Claessen<br />

Analytik Portalseite www.analytik.de<br />

Analytical Links and Resources by Carvalhas & Tavares (sehr bunt, aber ergiebig)<br />

Encyclopedia of Analytical Instrumentation by Brian M. Tissue,<br />

Chemical Separations by James K. Hardy, University of Akron, Ohio (USA)<br />

HPLC Onlinebook by Y. Kazakevich, Seton Hall University, New Jersey (USA)<br />

Glossary of Chromatographic Terms<br />

LC-GC Europe engl. Zeitschrift zur <strong>Chromatographie</strong> mit Onlineausgabe<br />

Fehlersuche GC mit gepackter S‰ule (engl., Supelco Bulletin 792)<br />

Fehlersuche Kapillar-GC (engl., Supelco Bulletin 853)<br />

Fehlersuche HPLC (engl., Supelco Bulletin 826)<br />

8. IMPRESSUM<br />

COPYRIGHT<br />

1. Das Urheberrecht f¸r diese Seiten (Text, Abbildungen, Gestaltung) liegt bei<br />

Dr. Jˆrg Peter Ewald und Wolfgang Woll.<br />

2. Die Nutzung durch Einzelpersonen und Weitergabe einzelner Kopien ist erlaubt und<br />

erw¸nscht, wir bitten jedoch um eine R¸ckmeldung.<br />

3. Jede Nutzung in grˆflerem Umfang (Unterricht, Weitergabe, Spiegelung auf Servern<br />

u.‰.) erfordert in jedem Einzelfall unsere Zustimmung.<br />

4. Sollten einzelne Punkte dieser Erkl‰rung rechtlich nicht zul‰ssig sein, gelten die<br />

¸brigen Punkte weiterhin und der strittige Punkt in der gesetzlich zul‰ssigen Weise,<br />

die der hier dargestellten Absicht am n‰chsten kommt.<br />

5. Kontaktmˆglichkeiten sind unten genannt.<br />

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<strong>Chromatographie</strong> 65<br />

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Da wir diese Seiten kostenlos ñ und nur zu Informationszwecken ñ anbieten, lehnen wir jede<br />

Haftung f¸r Sch‰den, die auf die Befolgung der hier gegebenen Ratschl‰ge zur¸ckgef¸hrt<br />

werden, ab. Bitte beachten Sie folgende Hinweise f¸r chemische Untersuchungen.<br />

1. Befolgen Sie die Anleitungen der Ger‰tehersteller, die in Betriebsanleitungen und Handb¸chern<br />

niedergelegt sind. Evtl. gibt es zus‰tzliche Betriebsanweisungen o.‰. des Labors. Nehmen Sie keine<br />

eigenm‰chtigen Eingriffe vor.<br />

2. Beachten Sie die Unfallverh¸tungsvorschriften im Labor.<br />

3. Chemikalien kˆnnen gesundheitliche und andere Sch‰den verursachen. Sorgen Sie deshalb f¸r eine<br />

sachgerechten Umgang mit den entsprechenden Stoffen.<br />

4. Halten Sie sich streng an die Strahlenschutzvorschriften (ECD), eine behˆrdliche Genehmigung ist<br />

f¸r den Umgang mit radioaktiven Quellen erforderlich.<br />

5. Druckgase sind nur bei sachgem‰fler Handhabung sicher, beachten Sie die entsprechenden<br />

Vorschriften.<br />

6. Elektrischer Strom ist gef‰hrlich, sichern Sie sich den Vorschriften entsprechend bei Arbeiten an<br />

elektrischen Ger‰ten ab.<br />

7. Chemische Analysen sind Arbeiten, die nur von ausgebildeten Fachleuten richtig durchgef¸hrt und<br />

interpretiert werden kˆnnen. Nur entsprechende statistische Kontrollen garantieren zuverl‰ssige<br />

Ergebnisse.<br />

ANSCHRIFT<br />

Snail-Mail Dr. J. P. Ewald / W. Woll<br />

NTK Landau<br />

Kˆnigstr. 18<br />

D-76829 Landau<br />

E-Mail E-Mail: Ewald@NTK-Landau.de<br />

<strong>Chromatographie</strong> 66<br />

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