Stationäre Phase · bleibt am Ort
Bei der hier betrachteten Dünnschichtchromatografie ist das eine dünne Kieselgelschicht auf einer Platte. An ihrer Oberfläche können Stoffteilchen adsorbieren.
Chemie · Klasse 9–13 · Trennen & Auswerten
Chromatografie
Warum wandern Stoffe auf derselben Platte unterschiedlich weit? Verstehe das Zusammenspiel von mobiler und stationärer Phase, lies ein Chromatogramm und berechne Rf-Werte.
Mitwandern ↔ Zurückgehaltenwerden
Unterschiedliche Wechselwirkungen
Dünnschichtchromatografie · Rf · Stoffvergleich
Was trennt die Chromatografie?
Chromatografie trennt Stoffgemische, weil ihre Bestandteile unterschiedlich stark zwischen zwei Phasen verteilt beziehungsweise zurückgehalten werden. Das sichtbare Trennbild heißt Chromatogramm.
Im Beispiel stehen A und B für Vergleichsstoffe, P für die Probe. Die Startlinie ist unten bei 0 cm, die Laufmittelfront oben bei 8 cm. Die Probe zeigt zwei getrennte Flecken. Die Farben kennzeichnen hier nur die Spuren, nicht reale Stofffarben.
Mobile Phase · bewegt sich
Das Laufmittel ist eine Flüssigkeit oder ein Flüssigkeitsgemisch. Es steigt durch Kapillarkräfte auf und transportiert gelöste Stoffe mit.
Voraussetzung: Trennverfahren und Wechselwirkungen zwischen Teilchen. Hier steht die normale Dünnschichtchromatografie auf polarem Kieselgel im Mittelpunkt.
Warum bleiben manche Stoffe stärker zurück?
Kieselgeloberfläche: ≡Si–OH
Die Oberfläche von Kieselgel trägt polare Silanolgruppen. Stoffe können über Wasserstoffbrücken und andere polare Wechselwirkungen daran gebunden werden. Adsorption bedeutet Anlagerung an einer Oberfläche; Desorption ist das Ablösen.
Stärkere Bindung an die Oberfläche
Ein Stoff verbringt mehr Zeit an der stationären Phase und wandert unter sonst gleichen Bedingungen weniger weit.
Günstigeres Mitwandern im Laufmittel
Ein Stoff, der sich häufiger in der mobilen Phase befindet, wird weiter transportiert. Das hängt sowohl vom Stoff als auch vom gewählten Laufmittel ab.
Auf polarem Kieselgel werden polarere Stoffe häufig stärker zurückgehalten. Ein stärker eluierendes Laufmittel kann sie weiter bewegen. Die Regel „polar wandert immer langsamer“ gilt aber nicht für jede Art der Chromatografie.
Ein Chromatogramm auswerten
1 · Start und Front bestimmen
Gemessen wird immer ab der Startlinie, nicht ab der Unterkante der Platte. Die Laufmittelfront muss rechtzeitig markiert werden, bevor das Laufmittel verdunstet.
2 · Fleckenstrecke messen
Die Strecke des Stoffes reicht von der Startlinie bis zur Mitte des Flecks. Im Beispiel: Stoff 3,0 cm, Laufmittelfront 8,0 cm.
3 · Rf berechnen
R_f = Strecke des Stoffes / Strecke der Laufmittelfront
R_f = 3,0 cm / 8,0 cm = 0,375 ≈ 0,38
Der Rf-Wert ist dimensionslos. In der üblichen Auswertung liegt er zwischen 0 und 1.
4 · Bedingungen mitnennen
Ein Rf-Wert ist keine unveränderliche Stoffkonstante. Stationäre Phase, Laufmittel, Temperatur und weitere Versuchsbedingungen müssen vergleichbar sein.
Rf-Labor: Fleckenposition verändern
Die Front bleibt bei 8,0 cm. Verschiebe die Fleckenmitte der Probe P und lies den Rf-Wert ab.
Auswertungsmodell: Die Position wird direkt eingestellt. Der Regler simuliert keine reale Laufzeit. A und B bleiben als Referenzen bei 2 beziehungsweise 6 cm.
Gleicher Rf-Wert – derselbe Stoff?
Liegen ein Probenfleck und ein Referenzfleck unter gleichen Bedingungen auf gleicher Höhe, ist das ein Hinweis auf denselben Stoff. Es ist kein eindeutiger Identitätsbeweis: Verschiedene Stoffe können gleich weit wandern.
Auch ein einzelner Fleck beweist keine Reinheit. Bestandteile können zusammenlaufen oder mit der verwendeten Nachweismethode unsichtbar bleiben. Weitere Laufmittel, Vergleichsproben oder unabhängige Analysen können die Aussage absichern.
Proben-Labor: Was darfst du schließen?
Vergleiche Probe P mit den Referenzen A und B auf derselben Modellplatte.
Beobachtung und begründete Aussage
Welche Fehler verfälschen die Auswertung?
Startfleck unter dem Laufmittelspiegel
Die Probe kann direkt in das Vorratslaufmittel übergehen, statt von der Startlinie aus getrennt zu werden. Der Flüssigkeitsspiegel muss unter den aufgetragenen Flecken liegen.
Zu große Flecken oder ungeeignete Markierung
Zu viel Probe führt zu breiten oder verschmierten Zonen. Eine Bleistiftmarkierung ist üblich; Tintenfarbstoffe können selbst mitwandern.
Die Front wird direkt nach der Entwicklung markiert. Ein Wert größer als 1 deutet in der üblichen Auswertung auf einen Mess- oder Zuordnungsfehler hin. Bei farblosen Substanzen kann eine geeignete Nachweismethode, beispielsweise UV-Detektion oder ein spezifisches Reagenz, nötig sein.
Dasselbe Prinzip – verschiedene Verfahren
Papier- und Dünnschichtchromatografie
Die Stoffe erscheinen als getrennte Zonen auf einer flachen Unterlage. Papier und Kieselgel sind nicht chemisch identische stationäre Systeme; beim Papier spielt auch gebundenes Wasser eine Rolle.
Säulen-, Gas- und Flüssigchromatografie
Die Trennung erfolgt entlang einer Säule. Bei der Gaschromatografie ist die mobile Phase ein Gas, bei der Flüssigchromatografie eine Flüssigkeit. Häufig werden Signale gegen die Zeit aufgezeichnet.
Die Retentionszeit einer Säulenmessung ist eine Zeitangabe und kein Rf-Wert. Auch sie muss unter festgelegten Bedingungen mit Referenzen verglichen werden.
Selbstcheck: Trennung und Auswertung
Welche Messstrecken gehören in den Rf-Wert?
Wähle eine Antwort.
1 · Was sind die zwei Phasen bei einer Kieselgel-DC?
Tipp öffnen
Was bleibt, was wandert?
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Stationäre Phase: Kieselgelschicht. Mobile Phase: Laufmittel.
2 · Warum wandert ein stark adsorbierter Stoff häufig weniger weit?
Tipp öffnen
Verweildauer an der Oberfläche.
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Er verbringt mehr Zeit gebunden an der stationären Phase und wird weniger von der mobilen Phase transportiert.
3 · Ein Fleck wandert 2,4 cm, die Front 6,0 cm. Rf?
Tipp öffnen
Beide Strecken ab derselben Startlinie.
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Rf = 2,4/6,0 = 0,40; ohne Einheit.
4 · Warum muss der Flüssigkeitsspiegel unter der Startlinie liegen?
Tipp öffnen
Die Probe soll von der Linie aus mitwandern.
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Sonst kann sie sich direkt im Vorratslaufmittel lösen und die geordnete Trennung wird gestört.
5 · Zwei Flecken haben denselben Rf. Identität bewiesen?
Tipp öffnen
Andere Stoffe können gleich weit wandern.
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Nein. Es ist unter gleichen Bedingungen ein Hinweis, aber kein eindeutiger Nachweis.
6 · Beweist ein Fleck einen Reinstoff?
Tipp öffnen
Überlagerung und Nachweisgrenzen beachten.
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Nein. Mehrere Stoffe können zusammenlaufen oder nicht sichtbar gemacht werden.
7 · Rf = 1,4 – plausibel?
Tipp öffnen
Stoffstrecke mit Frontstrecke vergleichen.
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In der üblichen DC-Auswertung nicht plausibel. Startlinie, Fleckenmitte, Front und Rechnung prüfen.
8 · Sind Rf und Retentionszeit dasselbe?
Tipp öffnen
Streckenverhältnis oder Zeit?
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Nein. Rf ist dimensionslos, Retentionszeit ist die Zeit bis zu einem Detektorsignal unter den gewählten Bedingungen.
Für den Unterricht: Befund und Schlussfolgerung trennen
25–40 Minuten: Stationäre und mobile Phase zuordnen, Flecken- und Frontstrecken messen und Rf-Werte berechnen.
Partnerauftrag: Im Proben-Labor erst die Beobachtung formulieren, dann die zulässige Aussage. „Ein Fleck = Reinstoff“ und „gleicher Rf = Identität“ als Fehlerdetektive diskutieren.
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