Dünnschichtchromatographie

Prinzip der DC und stationäre Phasen

Wie das Fließmittel durch die Sorbensschicht einer DC-Platte wandert und warum die Aktivität des Kieselgels die \(R_f\)-Werte bestimmt.

Prüfungsrelevanz: gut zu wissen ✓ gelesen
Das Wichtigste in Kürze6 Punkte
  • Die DC ist eine planare Chromatographie: Ein Fließmittel trennt Substanzen auf einer dünnen Sorbensschicht einer Platte.
  • Das Fließmittel steigt durch Kapillarkräfte in Poren und Zwischenräumen der Schicht auf, seine Fließgeschwindigkeit nimmt ab und ist nicht konstant.
  • Die DC liefert ein inneres Chromatogramm: Die getrennten Substanzen bleiben auf der Platte und werden dort nach ihrem Ort ausgewertet.
  • Hohe Aktivität des Kieselgels führt zu niedrigen \(R_f\)-Werten, sinkende Aktivität erhöht sie.
  • Eine bei geringer Luftfeuchte gelagerte Kieselgelplatte ist aktiver und liefert kleinere \(R_f\)-Werte.
  • Mit chiralen Phasen oder Fließmittelzusätzen lassen sich per DC Enantiomere trennen.

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Worum es geht

Die Dünnschichtchromatographie (DC) ist das schnellste chromatographische Verfahren im Arzneibuch. Man nutzt sie für Identitäts- und Reinheitsprüfungen. Wer ihre Ergebnisse deuten will, muss verstehen, was das Fließmittel antreibt und wie sich der Zustand der Platte auf die Trennung auswirkt.

DC im Überblick

Die DC gehört zur planaren Chromatographie: Die Trennung läuft auf einer Fläche ab, nicht in einer Säule. Eine Platte aus Glas, Aluminium oder Kunststoff trägt eine dünne Schicht des Sorbens. So heißt das feinkörnige, poröse Material der stationären Phase. Die Platte steht in einer geschlossenen Kammer, am Boden befindet sich das Fließmittel.

Schematische DC-Kammer mit eingestellter Platte, aufgetragenen Proben über dem Fließmittelspiegel und aufsteigender Front

Aufbau einer DC: Platte mit Sorbensschicht in der Entwicklungskammer, das Fließmittel steigt von unten auf.

Der Ablauf hat drei Schritte. Man trägt die Proben punkt- oder bandförmig auf die Startlinie auf. Dann entwickelt man die Platte in der Entwicklungskammer. Zum Schluss macht man die Flecken sichtbar, etwa im UV-Licht oder mit Sprühreagenzien (Detektion). Die Trennung beruht je nach System auf Adsorption oder Verteilung. Der Standard ist Kieselgel als Normalphase. Daneben gibt es silanisierte RP-Platten als Umkehrphase.

Fließmitteltransport

Eine Pumpe gibt es bei der DC nicht. Das Fließmittel steigt allein durch Kapillarkräfte auf. Es wird in die Mikroporen und Zwischenräume der Sorbensschicht gesogen, ähnlich wie Wasser in einem Stück Würfelzucker.

Daraus folgt: Die Fließgeschwindigkeit ist nicht konstant. Anfangs steigt die Front schnell. Mit wachsender Höhe muss die Kapillarkraft immer mehr Strömungswiderstand überwinden, die Front wird langsamer. Die Laufstrecke wächst etwa mit der Wurzel der Zeit.

Diagramm mit Zeit auf der x-Achse und Laufstrecke auf der y-Achse, Kurve steigt steil an und flacht ab

Die Front steigt anfangs schnell und dann immer langsamer: Die Laufstrecke wächst etwa mit der Wurzel der Zeit.

Ist die Front kurz vor dem oberen Plattenrand, bricht man die Entwicklung ab. Alle Substanzen liegen dann noch auf der Platte. Man wertet sie nach ihrem Ort aus, also über die zurückgelegte Strecke (\(R_f\)-Wert).

📖 Definition: Inneres Chromatogramm

Die getrennten Substanzen bleiben in der stationären Phase und werden dort nebeneinander erfasst. Anders bei HPLC und GC: Dort verlassen die Substanzen die Säule und werden am Ende nacheinander detektiert (äußeres Chromatogramm).

Kieselgel und Aktivität

Kieselgel trägt an seiner Oberfläche polare Silanolgruppen (Si–OH). An ihnen adsorbieren die Analyten. Wie viele dieser Gruppen frei sind, beschreibt die Aktivität der stationären Phase. Wasser aus der Luft lagert sich bevorzugt an die Silanolgruppen an und blockiert sie. Eine feuchte Platte ist deshalb weniger aktiv. Erhitzen vertreibt das Wasser und aktiviert die Platte.

Hohe Aktivität bedeutet starke Adsorption. Die Substanzen werden stärker zurückgehalten und wandern kürzer, die \(R_f\)-Werte sinken. Nimmt die Aktivität ab, steigen die \(R_f\)-Werte. Deshalb zählt schon die Lagerung: Eine Platte aus trockener Luft hat wenig Wasser gebunden und liefert kleinere \(R_f\)-Werte als eine feucht gelagerte. Wie Polarität und Struktur die Reihenfolge bestimmen, zeigt Retention und Polarität.

Enantiomerentrennung

Die DC eignet sich auch zur Trennung von Enantiomeren. Dafür braucht man eine chirale Umgebung. Das gelingt mit chiralen stationären Phasen oder mit chiralen Zusätzen zum Fließmittel. Ein Beispiel sind Ligandenaustausch-Platten mit Kupfer(II)-Ionen und einem chiralen Aminosäurederivat. Die Grundlagen stehen bei der Enantiomerentrennung.

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Aussage 1

Eine zuvor in trockener Luft gelagerte Kieselgelplatte liefert kleinere \(R_f\)-Werte als eine feucht gelagerte Platte.

Trocken gelagertes Kieselgel hat weniger Wasser an den Silanolgruppen gebunden. Es ist aktiver, adsorbiert stärker und hält die Substanzen besser zurück.

Aussage 2

Die DC liefert ein inneres Chromatogramm, weil die Substanzen nach der Entwicklung in der Sorbensschicht verbleiben.

Die Auswertung erfolgt auf der Platte nach dem Ort der Flecken. Bei HPLC und GC verlassen die Substanzen dagegen die Säule (äußeres Chromatogramm).

Aussage 3

Bei der DC bewegt sich die Fließmittelfront über die gesamte Laufstrecke mit gleichbleibender Geschwindigkeit.

Das Fließmittel steigt durch Kapillarkräfte. Die Front wird mit zunehmender Höhe immer langsamer, die Laufstrecke wächst etwa mit der Wurzel der Zeit.

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