Dünnschichtchromatographie

Trennprinzip

Chromatographische Methoden funktionieren immer nach dem Prinzip, dass eine mobile Phase, die zu diesem Zweck gasförmig oder flüssig sein muss, an einer stationären Phase vorbei läuft und die in der mobilen Phase gelösten Stoffe von der stationären Phase unterschiedlich stark zurück gehalten werden, wodurch es zu einer Auftrennung der Substanzen kommt. Bei der Dünnschichtchromatographie wird als mobile Phase ein Lösemittel verwendet, welches allein durch Kapillarkräfte in der stationären Phase hochsteigt, die zu diesem Zweck porös sein muss. Das hat den prinzipiellen Nachteil, dass die Geschwindigkeit des Hochsteigens mit zunehmender Höhe rasch abnimmt, weil die Schwerkraft den Kapilarkräften zunehmend entgegen wirkt. Gerade bei Routine-Chromatogrammen, bei denen keine hohe Steighöhe benötigt wird, profitiert man aber von der zu Beginn sehr schnellen Steiggeschwindigkeit, weshalb die Dünnschichtchromatographie ein ausserordentlich rasches und leistungsfähiges Verfahren ist, um die Komponentenzahl in einer Substanz zu bestimmen. Weil die Substanzen auf der Dünnschichtkarte "laufen" heißt das verwendete Lösemittel, welches für diesen Umstand verantwortlich ist, logischerweise "Laufmittel".

Dünnschichtkarten sind in der Regel mit Kieselgel als stationärer Phase beschichtet. Bei Kieselgel handelt es sich um kondensierte Polykieselsäure, die an ihrer Oberfläche polare (Si-OH)-Gruppen enthält.

Wie bei den meisten anderen chromatographischen Verfahren auch wird also nach Polarität der zu trennenden Substanzen selektiert. Polare Stoffe haften fester auf der Kieselgeloberfläche und wandern deshalb weniger schnell als unpolare Stoffe. Hat man es mit Stoffen zu tun, die sehr polar sind und deshalb so fest auf dem Kieselgel haften, dass sie sich zu wenig oder gar nicht mehr auf der Kieselgeloberfläche bewegen, muss man entweder auf eine weniger polare stationäre Phase ausweichen - also ein anderes DC-Karten-Material verwenden - oder man muss ein polareres Laufmittel verwenden, welches mehr mit dem festgenagelten Substrat um die (Si-OH)-Gruppen konkurriert und dabei das Substrat zurück in die Lösung verdrängt. Der Urvater der Dünnschichtchromatographie Egon Stahl hat dies mit folgendem Beziehungsdreieck veranschaulicht:

Meist - insbesondere im Praktikum werden ausschließlich Kieselgelplatten verwendet, so dass die stationäre Phase invariant ist. Die Beziehung vereinfacht sich deshalb wie folgt:

Für ein unpolares Stoffgemisch muss also ein unpolares Laufmittel verwendet werden. Je polarer der Stoff ist, umso polarer muss auch das Laufmittel sein. Anfänger erinnern sich gern an kluge Sprüche wie "similis similibus solvuntur" (Gleiches löst Gleiches) und kommen dadurch zu dem Fehlschluss, dass unpolare Stoffe mit unpolaren Laufmitteln besonders weit laufen würden. Das ist Unsinn! Die Löslichkeit der Substanz im Laufmittel spielt nur eine untergeordnete Rolle. Zentraler Akteuer ist das Kieselgel, welches Substanzen je nach Polarität unterschiedlich stark festhält und dem man einen passenden Ersatz in Form eines Laufmittels geeigneter Polarität anbieten muss, damit es das Substrat wieder freigibt. Folgendes gilt also immer:

Läuft eine Substanz zu wenig, muss die Polarität des Laufmittels erhöt werden.

Läuft eine Substanz mit der Laufmittelfront, muss die Polarität des Laufmittels erniedrigt werden.

Immerhin kann man einschränkend sagen, dass dies eine prinzipielle Aussage ist. Liegt ein Substanzgemisch mit sehr ähnlichen Polaritäten vor, so kann es lohnend sein, bei der Wahl des Laufmittels mit anderen Lösemitteln ähnlicher Polarität zu experimentieren, da sie die Komponenten des Gemisches eventuell anders differenzieren können. Für konkrete Problemstellungen können so empirisch sehr komplex zusammengesetzte Laufmittelgemische ermittelt werden, die aus drei oder vier Komponenten bestehen können. Im Routinefall wird gern mit einem binären Laufmittelgemisch mit einer polaren und einer unpolaren Komponente gearbeitet, was den Vorteil hat, dass die prozentuale Zusammensetzung Ihnen schon ein Gefühl für dessen Polarität vermittelt. Nach etwas Routine werden Sie ebenso ein Gefühl dafür bekommen, welches Laufmittel(gemisch) für die konkrete Problemstellung jeweils geeignet ist. Damit ist die Dünnschichtchromatographie die unschlagbar schnellste Methode zur Ermittlung von Komponentenzahl, Einheitlichkeit von Substanzen oder Zusammensetzung eines Reaktionsgemisches. Deshalb müssen Sie so rasch als möglich diese Methode kompetent nutzen können.