Die Chromatographie beruht auf der Verteilung einer Substanz zwischen zwei Phasen. Dabei unterscheidet man zwischen der mobilen und der stationären Phase. Die mobile Phase transportiert eine Substanzmischung an einer stationären Phase vobei. An der festen Phase können die Bestandteile der Substanzmischung adsorbieren/absorbieren* und desorbieren. Wird eine Substanz schlecht adsorbiert/absorbiert*, dann wird sie fast ungehindert mit der mobilen Phase transportiert, wird eine Substanz dagegen gut adsorbiert/absorbiert*, haftet sie lange und oft auf der stationären Phase und wird nur langsam transportiert.

Dies soll an einem einfachen Modell erklärt werden:

• Die mobile Phase entspricht einem Fluss.
• Die stationäre Phase wird durch Altbierstände am Ufer repräsentiert.
• Bei der zu trennenden Mischung handelt es sich um Boote. In einem Teil der Boote sitzen Düsseldorfer, in einem Teil der Boote sitzen Kölner.
• Nun starten alle Boote gleichzeitig am gleichen Punkt und treiben den Fluss hinunter.
• Die Boote mit den Düsseldorfern legen häufiger und länger an. Nicht jedes Boot legt an jedem Bierstand an und nicht jedes Boot bleibt gleich lang am Altbierstand, aber im Schnitt legen die Düsseldorfer häufiger und länger an. Die Boote mit Kölnern erreichen das Ziel früher.
• Bei Kölschständen wäre das Ergebnis entgegengesetzt.

Ein Boot mit Kölnern und eines mit Düsseldorfern

Im deutschen Museum in Bonn befindet sich ein interessantes Modell zur Veranschaulichung der Trennung in einer Chromatographie. Im Folgenden finden Sie einen Film zu diesem Modell.

In der Chromatographie werden verschiedene Methoden unterschieden. Die wichtigsten Methoden (siehe Seite 2 im vorherigen Kapitel) sollen noch einmal aufgelistet werden.

Chromatographiemethoden:

1. Dünnschichtchromatographie
2. Papierchromatographie
3. Säulenchromatographie
4. Gaschromatographie
5. Verteilungschromatographie

Bei der stationären Phase handelt es sich in der Regel um eine feste Phase, bei der mobilen Phase handelt es sich um ein Gas oder eine Flüssigkeit. Im ersten Fall spricht man von Gaschromatographie, im zweiten Fall von Flüssigchromatographie. Bei den oben erwähnten Methoden Dünnschichtchromatographie, Papierchromatographie und Säulenchromatographie handelt es sich um verschiedene Methoden der Flüssigchromatographie.
Das Substanzgemisch adsorbiert an der Oberfläche der stationären Phase.

Bei der stationären Phase kann es sich aber auch um eine Flüssigkeit handeln. In diesem Fall wird eine hochviskose Flüssigkeit auf einen festen Träger aufgebracht. In diesem Fall spricht man von Verteilungschromatographie.
Das Substanzgemisch absorbiert in die stationäre Phase.

In der Gaschromatographie und der Flüssigchromatographie wird an die feste Phase adsorbiert,
bei der Verteilungschromatographie wird in die flüssige, stationäre Phase absorbiert.

In der Dünnschichtchromatographie wird eine dünne Schicht der stationären Phase auf einen Träger aufgetragen. Als Träger dient eine Glasplatte oder ein Aluminiumblech. Als station¨re Phase dienen in der Regel Kieselgel, Aluminiumoxid oder modifizierte Kieselgele.

Auf diese Platten (stationäre Phase) wird ein Substratgemisch aufgetragen und dann wird der untere Teil der Dünnschichtplatten in ein Gefäß mit Lösungsmittel (mobile Phase) gestellt. Das Lösungsmittel steigt auf Grund von Kapillarkräften nach oben und trennt die Substanzen

Die Papierchromatographie ist der Dünnschichtchromatographie vom Funktionsprinzip sehr ähnlich. Hier dient aber ein Filterpapier als stationäre Phase.

In der Abbildung rechts ist das Ergebnis einer Papierchromatographie gezeigt. Als Substrat wurde ein Filzstift benutzt. Das Filterpapier liegt auf einem Becherglas (andeutungsweise am unteren Bildrand zu erkennen, als Docht dient ein zusammengerolltes Filterpapier) mit Wasser als mobile Phase.

Bei der klassischen Säulenchromatographie befindet sich die stationäre Phase in einer senkrecht hängenden Glasssäule (daraus erklärt sich der Name). Bei der stationären Phase handelt es sich typischerweise um Kieselgel, modifiziertes Kieselgel, Aluminumoxid, ... . Die mobile Phase durchströmt die Säule unter dem Einfluss der Schwerkraft.

Die Effizienz der Trennung hängt stark von der Größe der Oberfläche der stationären Phase ab. Daher wird die Trennung besser, je feiner die stationäre Phase ist. Allerdings gilt auch, dass Lösungsmittel um so langsamer durch die stationäre Phase strömen, desto feiner diese ist.
Daher wird in der Flashchromatographie unter Verwendung von Druck die Strömungsgeschwindigkeit erhöht. Die Flashchromatographie ist heute die Standardmethode im organischen Labor.

Eine automatische Mitteldruckchromatographie

Eine HPLC

Die benötigten Drücke für die Flashchromatographie werden typischerweise durch Druckluft erzeugt. Auf diese Art lassen sich Drücke von ca. 2 bar erreichen.
Durch Einsatz von Pumpen sind aber auch Drücke von 50 bar zu erreichen. In diesem Fall spricht man manchmal auch von Mitteldruckchromatographie. Wichtig ist es hierbei, nur speziell dafür getestete Glassäulen zu nutzen, da normale Glassäulen bei diesen Drücken bersten können.
Der Einsatz höherer Drücke erlaubt es, eine chromatographische Trennung schneller durchzuführen, oder aber ein feinere stationäre Phase zu verwenden, um so die Trennleistung zu verbessern.

Durch den Einsatz noch feinerer stationärer Phasen und Anwendung noch höherer Drücke kann die Trennung noch weiter verbessert werden. Bei Anlagen, die Drücke von 200 bis 300 bar ereichen, spricht man von HPLC (hight pressure liquid chromatography oder auch hight performance liquid chromatography). Die HPLC wird meist analytisch betrieben und dient seltener zur präparativen Trennung.

In den letzten Jahre wurde diese Entwicklung noch einen Schritt weiter getrieben. Jetzt sind Drücke bis 1200 bar (Stand Frühjahr 2017) möglich. Bei diesen Geräten der neuesten Generation spricht man von UHPLC (ultra hight pressure liquid chromatography oder auch ultra hight performance liquid chromatography).