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 Theoretische Grundlagen 

Als Chromatographie bezeichnet man eine Vielzahl physikalisch chemischer Trennmethoden (z.B. Säulen-, Papier-, Gaschromatographie), die auf die Arbeiten von TSWETT (1900) und KUHN (1931) zurückgehen und in den letzten drei Jahrzehnten eine große Bedeutung auf allen Gebieten der Chemie erlangt haben. Die Trennung von Substanzgemischen erfolgt dabei z.B. auf Grund unterschiedlicher Verteilung zwischen zwei flüssigen Phasen (Verteilungschromatographie) oder auf Grund verschieden starker Adsorption an einem Adsorptionsmittel (Adsorptionschromatographie). Ein unentbehrliches Hilfsmittel des Chemikers zur Trennung und Identifizierung kleinster, auch chemisch sehr ähnlicher Verbindungen ist die Dünnschichtchromatographie, für die z.B. bei Verwendung von Aluminiumoxid sowohl das Verteilungs- als auch das Adsorptionsprinzip gültig ist. Das Verteilungsprinzip gilt insofern, als sich die Komponente eines Substanzgemisches z.B. zwischen dem von einem Träger (= Adsorbens, z.B. Aluminiumoxid, Cellulose, Kieselgel, Stärke usw.) aufgenommenen Wasser (Träger + Wasser = stationäre Phase) und dem durch diese stationäre Phase wandernden Lösungsmittel (mobile Phase) entsprechend dem Gesetz von NERNST verteilen. Die besser wasserlösliche Komponente wandert demnach langsamer als der in der mobilen Phase besser lösliche Partner. Das Adsorptionsprinzip kommt darin zu Ausdruck, daß sich z.B. zwischen dem Aluminiumoxid und den Komponenten des Substanzgemisches unterschiedliche Wanderungsgeschwindigkeiten ergeben. Das Adsorptionsgleichgewicht ist temperaturabhängig und für konstante Temperaturen läßt sich für jede Substanz eine Adsorptionsisotherme angeben, die bei einem idealen Dünnschichtchromatogramm eine Gerade bildet.

Ein quantitatives Maß für die Wanderungsgeschwindigkeit einer Verbindung ist bei einem gegebenen Adsorbens und einem bestimmten Laufmittel der -Wert (retention factor). Dieser Wert ist definiert als Quotient aus der Entfernung des Substanzfleckes (Mittelpunkt) von der Startlinie und der Entfernung der Lösungsmittelfront von der Startlinie:

Die -Werte sind also stets kleiner als 1 und von der Länge des Chromatogramms unabhängig. In der Regel wählt man jedoch eine Laufstrecke von 10 cm, weil die Entfernung Startlinie Substanzfleck mit dem Lineal gemessen direkt den -Wert ergibt. Die Rf-Werte werden von verschiedenen Faktoren, wie Temperatur, Adsorbens, Laufmittel, Konzentration der Substanzlösung, Verunreinigung unter anderem mehr oder weniger stark beeinflußt. So wandern die Verbindungen bei niedrigerer Temperatur langsamer als bei höherer Temperatur. Verunreinigungen des Lösungsmittelgemisches, Inhomogenitäten des Adsorbens und Fremdionen in der Substanzlösung können Schwankungen der -Werte bis zu 10 % hervorrufen. Die Adsorbierbarkeit organischer Verbindungen wird neben ihrer Polarität außerdem durch ihre Molekülgröße und ihre Polarisierbarkeit bestimmt. Die einzelnen Stoffklassen ordnen sich etwa in die folgende Reihe steigender Affinität zu polaren Adsorptionsmitteln: Halogenkohlenwasserstoffe - Ether - tert. Amine, Nitroverbindungen - Ester - Ketone, Aldehyde - prim. Amine - Säureamide - Alkohole - Carbonsäuren. Die gleichen Betrachtungen gelten auch für das Lösungsmittel. Daraus folgt, daß ein organischer Stoff aus einem unpolaren Lösungsmittel stärker adsorbiert wird als aus einem polaren. Ein bereits adsorbierter Stoff kann umgekehrt nur dann durch ein Lösungsmittel vom Adsorbens verdrängt werden, wenn dieses eine größere Affinität zum Adsorbens aufweist. Nach der Fähigkeit, einen adsorbierten Stoff vom Adsorbens zu lösen (eluieren), kann man die Lösungsmittel in einer eluotropen Reihe nach Trappe anordnen. In dieser Tabelle sind unter der Spalte Polarität die relative Adsorptionsenergien für jedes Lösungsmittel an Aluminiumoxid aufgeführt. An Kieselgel sind die entsprechenden Werte etwas geringer, die relativen Unterschiede zwischen den einzelnen Lösungsmittel sind jedoch die gleichen.

Gegenüber anderen chromatographischen Verfahren besitzt die Dünnschichtchromatographie eine Reihe von Vorteilen, wie hohe Trennschärfe, große Empfindlichkeit, schnelle Laufzeiten und die Anwendbarkeit auch aggressiver Reagenzien.

Kai Jung
2000-11-16

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