Das Prinzip der Säulenchromatographie
Experimente:
Versuch: Chromatographie von Chlorophyll an Kreide
Versuch: Chromatographie von Pflanzenfarbstoffen
Der Begriff Säulenchromatographie leitet sich von der Verwendung einer hohlen Glassäule
ab, die mit einer festen, stationären Phase gefüllt ist. Die Säulenchromatographie
beruht auf demselben Prinzip wie die Papier- oder
Dünnschichtchromatographie. Während in der Papier- oder
Dünnschichtchromatographie das Laufmittel durch Kapillarkräfte bewegt wird, ist in der
Säulenchromatographie die Schwerkraft für den Transport des Laufmittels verantwortlich.
In der Säulenchromatographie verwendet man dieselben stationären Phasen wie in
der Dünnschichtchromatographie, z. B. Kieselgel oder Aluminiumoxid oder
Calciumcarbonat (echte Kreide; -> Versuch).
Außerdem ist die stationäre Phase in der Säule von Anfang an mit Laufmittel gesättigt,
so dass die Körnchen der Säulenfüllung vollständig umgeben sind. Damit entfällt
die Konkurrenz um die Adsorptionsplätze an der festen Phase, die zwischen der
wandernden Substanz und dem Laufmittel bei der PC oder DC beobachtet wird.
Mit der Säulenchromatographie kann man größere Stoffmengen trennen.
Ein Substanzgemisch wird auf die Säule gebracht und durch diese hindurchgeschickt, indem Laufmittel kontinuierlich von oben nachgeliefert wird. Die aus der Säule austretende Lösung, das Eluat, kann nun in einzelnen Fraktionen gesammelt und, falls die Substanz nicht farbig ist, mit physikalischen Methoden identifiziert (detektiert) werden.
Auch hier gilt wie bei den anderen Verteilungschromatographien: Unpolare Stoffe lösen sich leichter im Benzin. Polare Stoffe werden eher am Aluminiumoxid adsorbiert. Entsprechend ist auch die Reihenfolge, in der die Stoffe wandern.
Wie man Pflanzenfarbstoffe problemlos mit Hilfe der Säulenchromatographie trennt, zeigen wir im folgenden Versuch.
Säulenchromatogramm von Pflanzenfarbstoffen
(Foto: Steffi)
Bei der Säulenchromatographie von Pflanzenfarbstoffen wandert das Laufmittel Benzin von oben her
durch die Säule mit dem Aluminiumoxid und zieht die Farbstoffe mit sich. Hierbei stellt sich
ein kontinuierliches Adsorptions-Gleichgewicht zwischen
Adsorption der Farbstoffe an das Aluminiumoxid und
Desorption durch Übergang in die flüssige unpolare Phase ein.
Die Farbzonen wandern die Säule hinunter.
Nach einigen Minuten erkennt man die Aufspaltung in verschiedene Zonen: Die Reihenfolge ist in
absteigender Richtung:
Um eine deutlichere Trennung zu erzielen, ist es bei der Säulenchromatographie möglich, das Laufmittel während der Trennung zu wechseln. Durch entsprechend geformte Zulaufgefäße und einem Dreiwegerohr kann man die Chromatographie sogar mit Laufmittel-Gradienten fahren, d. h. eine kontinuierlich veränderte Laufmittelzusammensetzung einstellen. Beliebt ist der pH-Wert-Gradient.
Mit Hilfe einer besonders feinen Zerkleinerung kann man die Oberfläche der stationären Phase stark vergrößern. Dann benötigt man aber auch einen besonders hohen Druck, damit das Laufmittel die Säule passieren kann. Man spricht deshalb von High Pressure Liquid Chromatography. Dieses HPLC-Verfahren ist die gängigste und zugleich auch leistungsstärkste Chromatographiemethode, die man im Laboralltag kennt.
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