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Grundprinzip der Trennung
In der analytischen Chemie müssen Stoffgemische häufig in ihre Einzelkomponenten zerlegt werden, bevor eine Identifizierung oder Quantifizierung möglich ist. Trennverfahren nutzen dazu unterschiedliche physikalisch-chemische Eigenschaften wie Löslichkeit, Polarität, Größe oder Ladung.
Chromatographie
Die Chromatographie beruht auf der Verteilung der Analysten zwischen einer stationären Phase (fest oder flüssig) und einer mobilen Phase (flüssig oder gasförmig). Das grundlegende Maß ist der Retentionsfaktor:
$$R_f = \frac{\text{Wanderungsstrecke des Stoffes}}{\text{Wanderungsstrecke der mobilen Phase}}$$Wichtige chromatographische Verfahren sind:
| Verfahren | Mobile Phase | Stationäre Phase | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Dünnschichtchromatographie (DC) | Flüssigkeit | Kieselgel auf Folie/Platte | Schnelle Vorproben |
| Gaschromatographie (GC) | Trägergas (He, N₂) | Flüssigkeit auf Kapillare | Flüchtige Stoffe |
| HPLC | Flüssigkeit (Hochdruck) | Gepackte Säule | Thermisch labile Stoffe |
In der Gaschromatographie ergibt sich die Retentionszeit $t_R$ aus der Summe von Totzeit $t_M$ und korrigierter Retentionszeit $t_R'$:
$$t_R = t_M + t_R'$$Elektrophorese
Die Elektrophorese trennt geladene Teilchen im elektrischen Feld. Die Wanderungsgeschwindigkeit $v$ hängt von der angelegten Feldstärke $E$ und der elektrophoretischen Beweglichkeit $\mu$ ab:
$$v = \mu \cdot E$$Die Kapillarelektrophorese (CE) erreicht sehr hohe Trennleistungen bei geringem Probenverbrauch und ist besonders für Biomoleküle wie Proteine und DNA geeignet.
Übungen
- Ein Stoff wandert bei der DC 4,2 cm weit, die Laufmittelfront 6,0 cm. Berechne den $R_f$-Wert. Ist der Stoff eher polar oder unpolar, wenn die stationäre Phase Kieselgel (polar) ist?
- Nenne zwei Unterschiede zwischen GC und HPLC hinsichtlich mobiler Phase und Anwendungsbereich.
- Warum wandert ein Protein bei pH 7 im elektrischen Feld zur Anode, wenn sein isoelektrischer Punkt bei pH 5,5 liegt?