Dünnschichtchromatographie – der einfache Weg zur physikalisch-chemischen Analyse


Mit dem simplen Trennverfahren lassen sich leicht diverse Stoffgemische prüfen. Hier erklären wir die Vorgehensweise, und Sie erfahren, wie Sie Dünnschichtchromatographie-Fehler vermeiden.

Mit dem physikalisch-chemischen Trennverfahren lassen sich aufwandsarm, schnell sowie ohne viele Hilfsmittel und mit einer geringen Probenmenge Stoffgemische analysieren. Hierbei handelt es sich aber nur um eine grobe Dünnschichtchromatographie-Definition. Die Methode wird häufig für die folgenden Zwecke eingesetzt:

  • Prüfung der Substanzreinheit (z. B. Reinheits- und Identitätschecks bei Arzneimitteln)
  • Identifizierung und Zusammensetzung eines ganzen Stoffgemisches
  • Nachweis von spezifischen Substanzen in einem Stoffgemisch

 

Dünnschichtchromatographie einfach erklärt

Die von den zwei russischen Forschern N. A. Izmailov und M. S. Shraiber im Jahr 1938 entwickelte Methode setzte sich erst 1951 wirklich durch. Substanzen lassen sich auftrennen und anhand von unterschiedlichen Färbungsreaktionen identifizieren.

Die essenziellsten Bestandteile des Verfahrens stellen die Dünnschichtchromatographie-Platten dar. Diese DC-Platten oder DC-Folien setzen sich aus einer Sorptionsschicht und einem mechanischen Träger zusammen. Erstere ist für die eigentliche Trennung zuständig. Bei Letzterem kann es sich um eine dünne Glasplatte, Polyester- oder Aluminiumfolie handeln, die mit einer dünnen Schicht Sorptionsmittel überzogen wird. Hierfür können verwendet werden:  

  • Chromatographie-Papier
  • Mikrokristalline Cellulose
  • Polyethylenimin-imprägnierte Cellulose
  • Carboximethylcellulose
  • Cellulosemonoacetat
  • Polyamid 11
  • Verschiedene Kieselgelsorten (Siliciumdioxid; ggf. modifiziert)
  • Aluminiumoxid 

Ablauf der Dünnschichtchromatographie

Die Durchführung der Dünnschichtchromatographie sieht folgendermaßen aus:

  1. Die DC-Platte wird mit dem Sorbens oder Sorptionsmittel beschichtet. Oder man kauft Fertig-DC-Platten bei Carl Roth.
  2. Das Auftragen der zu analysierenden Probe auf die DC-Platten erfolgt mithilfe von Kapillarpipetten   bei analytischen Untersuchungen meist punktförmig bzw. bei präparativen Auftrennungen strichförmig an der Startlinie. Punkte sollten 15 bis 20 Millimeter vom unteren sowie vom linken und rechten Rand der DC-Platte entfernt sein. Außerdem sollte die Entfernung zwischen den einzelnen Auftragsorten mindestens 10, bestenfalls aber 15 Millimeter betragen. Somit laufen die entstehenden Flecken nicht ineinander. Je nachdem, welche Art von Sorbens verwendet wird und wie dick die Schicht ist, sollte die Probelösung zwischen 0,1 und 1 Prozent betragen. Die Sorptionsschicht sollte nicht mit Probeflüssigkeit überfüllt werden, ansonsten kann es zur sogenannten Schwanzbildung und anderen Dünnschichtchromatographie-Fehlern kommen. Erhältlich sind auch DC-Platten mit so genannten Konzentrationszonen, welche mit einem Material besonders geringer Adsorption z. B. Kieselguhr beschichtet sind. Ungenau platzierte oder zu große Probenpunkte werden so bis zum Erreichen der Trennschicht zusammengestaucht und werden anschließend gleichmäßiger aufgetrennt.
  3. Die DC-Platte wird nun in eine Entwicklungskammer gestellt. Hierbei handelt es sich um ein Gefäß aus Glas, das  mit bis zu 5 bis 10 Millimeter eines zur Auftrennung benötigten DC-Laufmittels  gefüllt ist. Ein saugfähiges Papier an der Rückwand der Wanne kann zur Verbesserung der Ergebnisse beitragen. Es saugt das Laufmittel auf, welches verdampft und schafft innerhalb der Wanne eine gesättigte Atmosphäre mit dem Laufmittel. Dadurch wird verhindert, dass das Laufmittel in der DC-Platte zu früh verdampft, was wiederum zu Dünnschichtchromatographie-Fehlern führen würde. 
  4. Ist die DC-Platte eingesetzt, wird das Laufmittel mithilfe der Kapillarkräfte in die stationäre Phase gesogen. Die Anziehungskräfte bringen die Moleküle der Probe in Bewegung. Ob die Moleküle in der Nähe der Startlinie verhaftet bleiben oder weiter nach oben wandern, hängt vom Kräfteverhältnis ab. Wird beispielsweise ein unpolares Laufmittel getroffen, fließen polare Stoffe eher weiter nach oben. Ist das Laufmittel jedoch polar, halten sich polare Stoffe eher zurück.
  5. Hat die Laufmittelfront das obere Ende der Platte fast erreicht, ist es an der Zeit, die Platte wieder aus dem Tank zu nehmen, die Lösemittelfront zu markieren und die Platte möglichst zügig zu trocknen

Analyse der Dünnschichtchromatographie

Die aufgetrennten Substanzen sind im besten Fall so gefärbt, dass die Lage der Bande anhand der Eigenfarbe der Substanz erkennbar ist. Anderenfalls können sie unter UV-Licht sichtbar gemacht werden. Enthält das Schichtmaterial einen Fluoreszenzindikator, erscheinen diese Substanzen als dunkle Flecken durch Fluoreszenzquenchung (“Fluoreszenzlöschung”). Falls die Substanz nicht UV-aktiv ist, kann die Probe auch mit Anfärbereagenzien derivatisiert werden, durch die sie entweder UV-aktiv wird oder eine mit dem Auge sichtbare Farbe erhält, wobei die notwendigen Reagenzien entweder aufgesprüht oder im Tauchverfahren aufgebracht werden.

Nun gilt es, die sogenannten Rf-Werte der Chromatogrammen auszurechnen und damit das Laufverhalten der Substanzen zu beschreiben. Die Rf-Werte erhalten wir, indem wir die Strecke, welche die Substanz zurückgelegt hat, durch die Gesamtstrecke des Laufmittels teilen. Dadurch kann eine Vergleichbarkeit zwischen den Ergebnissen verschiedener Dünnschichtchromatogrammen hergestellt werden, da dieser Wert bei gleicher Wahl der Zusammensetzung der mobilen Phase und der stationären Phase eine für jeden Stoff spezifische Konstante ist. Somit können einzelne Bestandteile auch durch Vergleiche mit einer Referenz identifiziert werden.

 

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