Bei der Chromatografie handelt es sich um ein physikalisches Trennverfahren für Stoffe, bei dem die Trennung auf der unterschiedlichen Verteilung zwischen einer stationären und einer mobilen Phase, die nicht miteinander mischbar sind, beruht.
Allen Arten der Chromatografie ist gemeinsam, dass das zu analysierende Stoffgemisch von einer beweglichen (mobilen) Phase, z. B. einem Lösungsmittel, aufgenommen und zu einer ruhenden (stationären) Phase transportiert wird. Aufgrund ihrer unterschiedlichen Wechselwirkungen mit der mobilen und der stationären Phase gehen die Komponenten entweder in die stationäre Phase über oder verbleiben in der mobilen Phase. Die Trennwirkung beruht auf Adsorptions-, Austausch- und Verteilungsvorgängen, die sich gegenseitig beeinflussen und den verschiedenen Stoffeigenschaften des Analyten.
Von Bedeutung für die Adsorbtion der einzelnen Komponenten des Analyten an der stationären Phase ist dabei besonders die Polarität der einzelnen Phasen und der zu analysierenden Stoffe. Ein polarer Analyt wird an einer polaren stationären Phase weitaus stärker gebunden als ein unpolarer Analyt. Also wird er die stationäre Phase später verlassen, als die unpolareren Bestandteile des Probengemisches. Polare stationäre Phasen enthalten besondere Strukturelemente wie OH-Gruppen, an denen sich polare Teilchen anlagern.
Das Chromatogramm (Bild
1) ist das Trennungsergebnis, das je nach Art der Chromatografie auf dem
Papier, einer Dünnschicht-Platte oder in Form eines aus Messwerten
erstellten Diagramms vorliegt.
Die wichtigsten chromatografischen Analysenmethoden sind:
- Papierchromatografie
- Dünnschichtchromatografie
- klassische Säulenchromatografie (mit flüssiger mobiler Phase, Liquid Chromatography - LC)
- HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatografie bzw. High Performance Liquid Chromatography)
- Gaschromatografie
Papierchromatografie
Bei diesem Trennverfahren dient spezielles Chromatografiepapier als stationäre
Phase und Wasser, oft im Gemisch mit weiteren Flüssigkeiten als Fließmittel.
Die angewandten Arbeitstechniken , z. B. Entwicklung der Chromatogramme,
etc., ähneln sehr der Dünnschichtchromatografie. Diese hat die
Papierchromatografie in chemischen Laboratorien fast vollständig
verdrängt.
Dünnschichtchromatografie
Die Dünnschichtchromatografie
ist ein chromatografisches Verfahren, bei der ein Lösungsmittelgemisch
als Laufmittel (mobile Phase) über ein Sorptionsmittel (stationäre
Phase) wandert und dabei die zu untersuchenden Stoffe und Gemische unterschiedlich
gut transportiert und so voneinander trennt.
Die stationäre Phase ist eine dünne Schicht, z. B. Cellulose,
Polyamid oder Kieselgel, die auf Glas-, Kunststoff oder Aluminium-Platten
aufgebracht wurde.
Die zu untersuchenden Stoffgemische werden mithilfe von Kapillaren punktförmig
auf einer Startlinie am Fuße der Chromatografie-Platte aufgetragen.
Das Laufmittel (mobile Phase) wird durch Kapillarkräfte
entlang der dünnen stationären Phase transportiert. Dabei ist
die Wanderungsgeschwindigkeit der gelösten Stoffe um so langsamer,
je stärker die Adsorption an der stationären Phase ist
Im Ergebnis der Trennung erhält man auf der Dünnschichtplatte
ein Chromatogramm mit mehreren
Substanzflecken (Bild 2).
Die einzelnen Substanzen A und B lassen sich über den 
identifizieren, wenn dieser mit einer Vergleichssubstanz übereinstimmt.
Dieser Rückhaltefaktor oder Retentionsfaktor
entspricht
dem Verhältnis zwischen der Wanderungsstrecke der Substanz und der
Wanderungsstrecke des Fließmittels. Er kann nur Werte zwischen 0
und 1 annehmen.
Da der
von über 20 Parametern beeinflusst wird, ist er als stoffspezifische
Konstante ungeeignet. Deshalb müssen bei der Dünnschichtchromatografie
immer Vergleichssubstanzen zur Identifizierung der Komponenten mit aufgetragen
werden.
Die Trennung ist jedoch nur erfolgreich, wenn die 
der zu trennenden Stoffe weit genug auseinanderliegen.
Die Dünnschichtchromatografie erlaubt die Trennung vieler Substanzgemische
innerhalb kurzer Zeit mit einem geringen apparativen Aufwand. Mithilfe
von UV-Licht, oder geeigneten Fluoreszenz- und Sprühreagenzien lassen
sich der größte Teil organischer Verbindungen nicht nur trennen,
sondern auch sichtbar machen. Sie wird jedoch selten zur quantitativen
Analyse eingesetzt, weil die Bestimmung des Anteils der Komponenten A
und B aus der Größe der Substanzflecken nicht sehr genau ist.
Säulenchromatografie
In der Säulenchromatografie
ist die feste stationäre Phase in ein langes, meist senkrecht stehenden
Rohr gefüllt, welches man Säule nennt. Das zu trennende Gemisch
wird oben auf die Säule gegeben und fließt mit der flüssigen
mobilen Phase infolge der Schwerkraft oder angetrieben durch eine Pumpe
durch die Säule.
Je nach Säulendurchmesser, Teilchengröße der stationären
Phase und Arbeitsdruck unterscheidet man zwischen der klassischen Säulenchromatografie
und der modernen Hochleistungsflüssigkeitschromatografie.
Bei der HPLC ist die Teilchengröße der stationären Phase deutlich kleiner als bei der klassischen Säulenchromatografie. Dadurch wird die zur Verfügung stehende Oberfläche der stationären Phase vergrößert und die Trennleistung der Säule entscheidend verbessert. Auf diese Weise kann man mit der HPLC Stoffgemische trennen, bei denen die einfache Säulenchromatigrafie versagt. Die kleineren Teilchen sind jedoch so dicht gepackt, dass die mobile Phase mit einer speziellen Pumpe durch die Säule gepumpt werden muss. Dadurch passiert die mobile Phase die HPLC-Säule schneller und die Analyse erfolgt in einer kürzeren Zeit als bei der klassischen Säulenchromatografie (Bild 3).
Die Verzögerung, mit der ein Analyt die Trennstrecke zwischen Injektor und Detektor passiert, nennt man Retentionszeit. Wenn diese Zeit für alle Komponenten eines Stoffgemisches unterschiedlich ist, dann ist die Trennung erfolgreich. Aus der Fläche des chromatografischen Signals (engl.: Peak) lässt sich sogar die Konzetration der Stoffe im Gemisch ermitteln.
Mit der HPLC kann man eine sehr genaue und zuverlässige quantitative
Analyse durchführen, die automatisierbar und für viele analytische
Zwecke einsetzbar ist.
So können sogar Spuren von Dioxinen in Bodenproben oder in Lebensmitteln
nachgewiesen werden. Die Konzentration von Dopingmitteln wie Erythropoietin
(EPO) im Blut von Sportlern wird ebenfalls mittels HPLC bestimmt.
Die Methode findet auch in der Arzneistoffanalytik viele Anwendungen.
Man untersucht z. B. die Alterung von Aspirin®, indem man das Verhältnis
von Acetylsalicylsäure und der Salicylsäure chromatografisch
analysiert.
Gaschromatografie
Die Gaschromatografie ist
ein Trennverfahren für Stoffgemische, die gasförmig sind oder
sich unzersetzt in die mobile Gasphase überführen lassen. Die
Siedepunkte der zu analysierenden Stoffe sollten zwischen 40 und 300 °C
liegen. Als stationäre Phase dient ein Feststoff oder eine flüssige
Phase.
Die gaschromatografische Trennung beginnt mit dem Einspritzen der Probe
in den Injektor. Flüssige Proben werden dort verdampft und vom Trägergasstrom
durch eine Trennsäule transportiert. Die Trennung der Komponenten
erfolgt hauptsächlich aufgrund ihrer unterschiedlichen Siedepunkte
und gegebenenfalls ihrer Polarität.
Auf diese Weise getrennt, erreichen die einzelnen Substanzen nacheinander
das Säulenende. Dort befindet sich ein Detektor, der z. B. durch
Messung der Wärmeleitfähigkeit Änderungen der Zusammensetzung
der mobilen Phase anzeigt und diese an eine Auswerteeinheit, in der Regel
ein Computer, weitergibt (Bild 4). Aus der unterschiedlichen Retentionszeit
der Komponenten ergibt sich ein Gaschromatogramm. Anhand der Fläche
unterhalb der Peaks (siehe Abb.) kann man die Anteile der einzelnen Komponenten
im Probengemisch ermitteln.
Man verwendet heute in Analyselaboren hauptsächlich leistungsfähige
Kapillarsäulen für die Trennung der Gase. Kapillarsäulen
sind 15 - 300 m lang und haben einen Innendurchmesser von nur 0,1 -1 mm.
Sie sind innen mit einem sehr dünnen Film 
einer Trennflüssigkeit, z. B. Siliconöle oder Paraffine als
stationäre Phase beschichtet. An solchen Säulen können
sogar Isomere getrennt werden, deren Siedepunkte sehr dicht beieinanderliegen.
Mithilfe der Kapillar-GC können in der Umweltanalytik
Gemische aus mehr als 20 verschiedenen aliphatischen oder aromatischen
Kohlenwasserstoffen (z. B. PCBs, PAKs) getrennt werden.
Die Anwendungsbreite der Gaschromatografie reicht von der organischen
Elementaranalyse bis zur Analyse des Blutalkoholgehalts. Auch Drogen wie
Cannabis oder Kokain lassen sich noch lange Zeit nach ihrer Konsumierung
gaschromatografisch nachweisen.