Dünnschichtchromatografie
(DC)
Bei der Dünnschichtchromatografie
erfolgt die Trennung durch mehrstufige Verteilungsprozesse zwischen einer
festen stationären Phase und einer mobilen flüssigen Phase hauptsächlich
aufgrund von Adsorptions-Desorptions-Wechselwirkungen.
Adsorption (lat. adsorbere
= ansaugen) ist die Anreicherung von Stoffen an den Grenzflächen
fester Phasen. Sie unterscheidet sich von der Absorption (lat. absorbere
= verschlucken), bei der der Stoff nicht an der Phasengrenzfläche
angereichert, sondern in einer flüssigen Phase verteilt
wird.
Die stationäre Phase,
das Adsorptionsmittel bzw. Sorbens, ist auf einen Träger (Aluminium-,
Kunststoff- oder Glasplatte) aufgebracht und wird in die mobile
Phase, die hier auch Fließmittel
genannt wird, eingetaucht. Als Sorbentien verwendet man am häufigsten
Kieselgel, Aluminiumoxid, Cellulose oder Polyamid. Die Proben werden nebeneinander auf die Platten an der Startlinie aufgetragen. Bei manuellem Auftrag können so je nach Plattengröße bis zu 20 Proben parallel analysiert werden. Üblicherweise werden 1 µl oder weniger einer 0,1-1%igen Lösung benötigt. Nach dem Trocknen werden die Platten in die Kammer mit dem Fließmittel gestellt und chromatografiert. Das Fließmittel
wird durch Kapillarkräfte entlang der Sorbentienschicht transportiert.
Dabei wird die Wanderungsgeschwindigkeit des Analyten um so langsamer,
je stärker die Adsorption an der stationären Phase ist (Bild 1).
Die Chromatografie wird abgebrochen, bevor das Fließmittel den oberen Rand der Platte erreicht hat, in der Regel bei 70-80 % der Plattenhöhe.
Als Ergebnis der Trennung erhält man auf der Dünnschichtplatte
ein Chromatogramm mit mehreren
Substanzflecken (Bild 2). Im abgebildeten Chromatogramm hat die Substanz A eine stärkere Wechselwirkung mit der stationären Phase als
Substanz B. Sie befindet sich folglich nicht so lange in der mobilen
Phase wie Substanz B und wird nicht so weit von ihr transportiert,
wandert also nicht so weit wie B.
Das Verhältnis der Wanderungsstrecke der Substanz zur Wanderungsstrecke
des Fließmittels wird Rückhaltefaktor oder Retentionsfaktor 
genannt. Die einzelnen Substanzen A und B lassen sich über den sogenannten
identifizieren,
wenn dieser mit einer Vergleichssubstanz übereinstimmt.
Er kann nur Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Da der von vielen Parametern beeinflusst wird, ist er als stoffspezifische
Konstante ungeeignet. Deshalb müssen bei der Dünnschichtchromatografie
immer Vergleichssubstanzen zur Identifizierung der Komponenten mit aufgetragen
werden.
Da die Anzahl
der stationärer Phasen für die DC begrenzt ist, wird in der
Regel die Polarität des Fließmittels variiert, um die Auflösung zu verbessern.
Zu diesem Zweck setzt man meist Gemische verschiedener Lösungsmittel als
mobile Phase ein. Diese Gemische bestehen immer aus verschiedenen
Lösungsmitteln die sich in beliebigem Verhältniss mischen lassen,
und von denen eines vergleichsweise unpolar und das andere polar ist.
Durch Mischen der Lösungsmittel in unterschiedlichem Verhältniss
kann man Gemische gleicher Lösungsmittel mit verschiedener Polarität
erhalten. Gängige Kombinationen sind z. B. Petrolether oder
Hexan als unpolare Komponente und Essigsäureethylester als polare
Komponente oder Dichlormethan als unpolare Komponente und Methanol als
polare Komponente. Die unzureichende Trennung von 2 Substanzen kann durch Zwischentrocknung und Wechsel des Laufmittels oder durch zweidimensionale Analyse verbessert werden. Dabei wird nach dem ersten Lauf die Platte um 90° gedreht und dann mit einem anderen Laufmittel nochmals chromatografiert. Allerdings kann bei dieser Variante nur ein Gemisch aufgetragen werden und auch das Mitlaufen von Vergleichssubstanzen ist nicht möglich, da es sonst zur Überlagerung kommen würde.
Die Dünnschichtchromatografie erlaubt die Trennung vieler Substanzgemische
innerhalb kurzer Zeit mit einem geringen apparativen Aufwand. Mithilfe
von UV-Licht oder geeigneten Fluoreszenz- und Sprühreagenzien lässt
sich der größte Teil organischer Verbindungen 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.
In der Regel wird die Dünnschichtchromatografie dazu genutzt, um
sich einen ersten Überblick über die Zusammensetzung eines Stoffgemisches
zu verschaffen. Eine Trennung im größeren Maßstab (präparativ)
und quantitative Trennungen werden mit anderen chromtaografischen Methoden
wie Säulenchromatografie (LC) bzw. HPLC
durchgeführt. Die DC wird hauptsächlich zur qualitativen Analyse von Stoffgemischen verwendet, weiterhin können quantitative Abschätzungen vorgenommen werden. Durch die Einfachheit und den niedrigen Kostenaufwand der Methode wird sie heute hauptsächlich in Laboratorien als Vorstufe zur Säulenchromatografie eingesetzt, um Laufmittel und stationäre Phasen flexibel variieren zu können und schnell Analysenresultate zu erhalten. Durch solche Vorexperimente kann die für ein spezielles analytisches Problem optimale Kombination stationäre/mobile Phase für die HPLC abgeschätzt werden.
Ein besonderer Fall ist die der Dünnschichtchromatografie eng verwandte
Dickschichtchromatografie, die im Gegensatz zu ersterer zum Auftrennen von Stoffgemischen in
präparativem Maßstab verwendet wird. Das Prinzip ist das gleiche
wie bei der DC. Auf einer größeren Glasplatte (ca. 20 cm x 20 cm) ist eine ca. 0,5 cm dicke Schicht der stationären Phase aufgebracht.
In diese können auf der Startlinie bis zu 100 mg des Substanzgemisches
aufgebracht werden. Nach der Trennung entsprechend des oben beschriebenen
Prinzips wird der größte Teil der Platte abgedeckt und nur ein schmaler Randstreifen z. B. mit dem Nachweisreagenz besprüht. Dann kann man die einzelnen Bereiche der Schicht der stationären
Phase, in denen sich die aufgetrennten Substanzen befinden, von der Glasplatte
lösen und die Substanzen mit einem geeigneten Lösungsmittel
herauswaschen. So ist es z. B. einfach möglich, reines Coffein aus Kaffee oder Tee zu gewinnen.