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Verschiedene Trennmethoden in der analytische Chemie aufgrund einer Scheidung Mobile Phase und ein stationäre Phase. Matrices mit unterschiedlichen Substanzen werden mittels einer mobilen Phase (einem Gas oder einer Flüssigkeit) entlang einer stationären Phase geführt und die Trennung erfolgt aufgrund einer unterschiedlichen Affinität zu mobiler und stationärer Phase. Einige Trennmethoden, die eine mobile Phase verwenden, sind HPLC (Hochleistungsflüssigkeitschromatographie), GK (Gaschromatographie), DC (Dünnschichtchromatographie) und SPE (Festphasenextraktion). Alle diese Verfahren erlauben eine große Variationsbreite bei der Verwendung der mobilen Phase.
Allgemeines
Wie bereits erwähnt, ist die mobile Phase Bestandteil analytischer Trennverfahren, um beispielsweise verschiedene Substanzen aus einer Matrix aus Urin oder Plasma abzutrennen. Die mobile Phase führt die Probe entlang der stationären Phase, die beispielsweise aus Silica-Partikeln besteht, und nimmt die verschiedenen Substanzen aus der Matrix entlang der stationären Phase auf. Da Substanzen je nach physikalisch-chemischen Eigenschaften eine unterschiedliche Affinität zur stationären und mobilen Phase haben, verweilt eine Substanz länger in der stationären Phase als die andere Substanz. Diese Stoffe werden verlangsamt und es findet eine Trennung statt.
HPLC
Von allen Chromatographietechniken, bei denen die mobile Phase eine Flüssigkeit ist, ist die High Performance Liquid Chromatography (HPLC) die bekannteste. HPLC wird in der analytischen Chemie oder in der Biochemie verwendet, um Substanzen anhand der Polarität des Analyten zu trennen, zu identifizieren oder zu quantifizieren. Biene Normalphasenchromatographie. es wird eine mobile Phase (siehe Abbildung 2) verwendet, die weniger polar als die stationäre Phase ist. Biene Umkehrphasenchromatographie(RP-HPLC auch bekannt als Chromatographie an einer hydrophoben Phase) die mobile Phase ist polarer als die stationäre Phase. Bei der RP-HPLC haben weniger polare Substanzen eine höhere Affinität zur Säule und brauchen daher länger, um den Detektor zu erreichen. Eine häufig verwendete polare mobile Phase ist Wasser mit einer mäßigen Menge darin gelöstem Methanol oder Acetonitril. Die Polarität der mobilen Phase kann durch Änderung ihrer Zusammensetzung geändert werden. Dadurch ändert sich der Verteilungskoeffizient K (Cs/cm) und damit auch der Retentionsfaktor k der Analysten. Daher ist die Verwendung der richtigen mobilen Phase für eine optimale Stofftrennung sehr wichtig.
Gaschromatographie
Wie der Name schon sagt, verwendet ein Gaschromatograph ein Gas, das sogenannte Trägergas (siehe Abbildung 1). Dieses Trägergas trägt die Substanz, die bei der Injektion in die Gasphase eingebracht wird, durch die Säule. Das Trägergas wird als mobile Phase bezeichnet. Die Spalte enthält die stationäre Phase. Als mobile Phase wird in einem Gaschromatographen häufig Stickstoff (N2), Helium (He) oder Wasserstoff (H2) verwendet. Gewöhnlich wird zwischen dem teuren Helium, dem relativ gefährlichen Wasserstoff und dem billigen Stickstoff (in der Regel mit deutlich längeren Analysenzeiten) abgewogen.
Stickstoff ist beispielsweise nur bei einer linearen Flussrate von etwa 12 cm/s genau (siehe Abbildung 4). Mit zunehmender Strömungsgeschwindigkeit nimmt die Bodenhöhe relativ stärker zu als bei Helium und Wasserstoff. Dies verringert die Effizienz der Trennung. Bei Wasserstoff kann die lineare Strömungsgeschwindigkeit bei gleicher Trennqualität auf 35 cm/s eingestellt werden. Das Trägergas Helium liegt leistungsmäßig dazwischen. Ein hoher linearer Durchfluss bedeutet, dass Analysen weniger Zeit in Anspruch nehmen, was nützlich ist, wenn viele Messungen durchgeführt werden müssen.
Diese Werte werden durch die Van-Deemter-Formel bestimmt: H(Scheibenhöhe)= A(Wirbeldiffusion) (B(longitudinale Diffusion)/µ(lineare Flussrate)) C(Gleichgewichtsgeschwindigkeit)*µ (siehe Abbildung 3), die die Eigenschaften der mobilen und stationären Phasen und deren Wechselwirkung nutzt. Wirbeldiffusion bedeutet, dass sich die Analyten auf unterschiedliche Weise durch die stationäre Phase bewegen (nur in einer gepackten Säule). Dies bedeutet, dass ein Molekül einen längeren oder kürzeren Weg nehmen kann, was zu einer Peakverbreiterung führt.
Längsdiffusion bedeutet, dass die Analyten diffundieren können. Je größer die Strömungsgeschwindigkeit des Trägergases ist, desto weniger Zeit bleibt für die Diffusion. Je kürzer die Verweilzeit der Analyten in der Säule ist, desto weniger Zeit bleibt zur Diffusion und damit eine geringere Peakverbreiterung. Beim C-Term geht es um die Gleichgewichtsgeschwindigkeit, also um das Gleichgewicht Ihrer Substanz zwischen der mobilen und der stationären Phase. Die Analyten können in die stationäre Phase übergehen, aber die Analyten, die dies nicht tun, werden mit der mobilen Phase mitgeführt. Wenn die lineare Flussrate zunimmt, werden die Analyten der mobilen Phase viel weiter von den Analyten der stationären Phase weggetragen als bei einer niedrigeren linearen Flussrate. Je höher die Geschwindigkeit, desto stärker die Peakverbreiterung.
TLC
DC steht für Dünnschichtchromatographie (DünnschichtchromatographieDie Dünnschichtchromatographie (DC) ist eine weitere Form der Chromatographie, die aufgrund ihrer geringen Kosten und einfachen Handhabung in der analytischen Chemie und Biochemie unverzichtbar ist. Wie bei der Normalphasen- oder Reversed-Phase-Chromatographie basiert die Trennung der DC auf der Polarität und der Eluent ist die mobile Phase. Die Festphase besteht hier aus einer dünnen Schicht Säulenmaterial auf einer Platte, die in eine kleine Schicht des Eluenten eingebracht wird. Die mobile Phase bewegt sich durch Kapillarwirkung über die stationäre Phase, wodurch die Komponenten voneinander getrennt werden. Dies liegt daran, dass sich nicht alle Komponenten mit der mobilen Phase mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen, sodass sie sich alle an einer anderen Stelle auf der DC-Platte befinden, wenn die Analyse beendet wird. Wenn die mobile Phase unpolar ist, haben die unpolaren Substanzen eine geringere Retention als die polaren Substanzen. Diese unpolaren Komponenten sind daher auf der DC-Platte höher als die polaren Substanzen.
SPE
SPE (Festphasenextraktion) oder Festphasenextraktion ist eine Methode zur Probenvorbereitung, um Substanzen aus einer Matrix zu trennen oder Proben stärker zu konzentrieren. Bei dieser Trennmethode gibt es mehrere Möglichkeiten. So gibt es beispielsweise SPE-Säulen, die C18 (Octadecyl)-Silica-Partikel enthalten und somit eine unpolare stationäre Phase aufweisen. Als mobile Phase zum Spülen der Säule wird dann eine relativ "polare" Flüssigkeit gewählt. Es ist möglich, mit steigendem Gradienten in der Konzentration der mobilen Phase zu arbeiten, so dass z von MeOH in der mobilen Phase steigt, es werden auch weniger polare Partikel von der Säule freigesetzt. Somit ist eine Trennung anhand der Polarität von Stoffen möglich. Es gibt auch Säulen mit einer polaren stationären Phase, so dass eine apolare mobile Phase verwendet werden kann.
Quellen
- Chemische Analyse: Moderne Instrumentierungsmethode und Techniken – Francis Rouessac und Annick Rouessac, 2. Auflage, Herausgeber: Wiley, ISBN 978-0-470-85903-2