2.3. AUSWERTUNG - Chromatographie - Naturwissenschaftliches ...
2.3. AUSWERTUNG - Chromatographie - Naturwissenschaftliches ...
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 />
© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002
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 />
© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002
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 />
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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 />
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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 />
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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 />
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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 />
© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002
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 />
© Dr. J. P. Ewald und W. Woll 2002
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 />
MACHEREY-NAGEL E-Mail: sales@mn-net.com<br />
Postfach 10 13 52 Internet: http://www.macherey-nagel.com/<br />
D-52313 D¸ren<br />
Phenomenex E-Mail: Anfrage@Phenomenex.com<br />
Zeppelinstr.5 Internet: http://www.phenomenex.com/<br />
D-63741 Aschaffenburg<br />
RESTEK GERMANY E-Mail: Info@RestekGmbH.de<br />
Schaberweg 23 Internet: http://www.restekcorp.com/<br />
D-61348 Bad Homburg<br />
Sigma-Aldrich Chemie E-Mail: deorders@eurnotes.sial.com<br />
Gesch‰ftsbereich Supelco Internet: http://www.sigmaaldrich.com/<br />
Brands/Supelco_Home.html<br />
Eschenstr. 5<br />
D-82024 Taufkirchen<br />
Varian Deutschland E-Mail: de.info@varianinc.com<br />
Alsfelder Strasse 6 Internet: http://www.varianinc.com/<br />
D-64289 Darmstadt<br />
VWR International (ehemals Merck) E-Mail: chrom@de.vwr.com<br />
Frankfurter Str. 250 Internet: http://de.vwr.com/<br />
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 />
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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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gelinkten Web-Sites sich ggf. selbst zu verantworten hat. Dies kann nur dadurch verhindert<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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