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Chromatographie

Chemie kann spaß machen

Chromatographie

Chromatographie-Verfahren dienen zur Auftrennung eines Stoffgemisches in seine Einzelkomponenten aufgrund ihrer unterschiedlichen Verteilung zwischen einer stationären (festen) und einer mobilen (gasförmigen oder flüssigen) Phase.
Wir setzen je nach Fragestellung unterschiedliche Methoden der Chromatographie ein:

Dünnschichtchromatographie (DC)

Die Dünnschichtchromatographie ist ein auch mit einfachen Mitteln durchzuführendes Verfahren. Zudem ist es möglich gleichzeitig mehrere Proben nebeneinander laufen zu lassen.

Die DC wird hauptsächlich zur Identitätskontrolle von Rohstoffen z.B. bei Tests nach Arzneibuchmethoden (Pharmacopoeia) durchgeführt.

Leider ist jedoch im Gegensatz zu Verfahren wie HPLC oder Gaschromatographie eine Quantifizierung (Gehaltsbestimmung) nur eingeschränkt möglich.

Ionenchromatographie (IC)

Die IC wird vor allem zur Bestimmung von Anionen wie
Chlorid, Sulfat, Nitrat nach DIN EN ISO 10304-1 D19/D20 (zuvor DIN 38405) eingesetzt. Es können jedoch auch weitere Ionen wie
Fluorid, Nitrit, Bromid, Sulfit, ortho-Phosphat oder kurzkettige Carbonsäuren (Ameisensäure, Essigsäure) erfasst werden.

Durch die Ionen kommt es zu einer Veränderung der Leitfähigkeit in dem Laufmittel (Eluenten). Diese  Veränderung wird mittels eines Leitfähigkeitsdetektors erfasst. Zusätzlich können Ionen wie Nitrit / Nitrat mittels einer UV Detektion spezifischer und damit störsicherer analysiert werden.

Gaschromatographie

Mit der Gaschromatographie (GC) kann ein sehr großer Bereich verschiedener Stoffklassen untersucht werden. Voraussetzung ist, dass sich die untersuchten Verbindungen im Injektionssystem ohne Zersetzung verdampfen lassen oder bereits Gase sind.
Beispiele für den umfangreichen Bereich durchgeführter Untersuchungen:

Untersuchung auf BTEX (Benzol, Toluol, Ethylbenzol, Xylole)

  • Diese Substanzen sind z.B. Bestandteil von Benzin (Vergaserkraftstoff). Aufgrund von Unfällen oder auch Ausgasungen lassen sie sich vielerorts nachweisen. Siehe auch Kraftstoffe und Öle

Bestimmung leichtflüchtiger halogenierter Kohlenwasserstoffe (LHKW) entsprechend DIN EN ISO 10301

  • Häufig vorkommende LHKW sind z.B.
    Dichlormethan, 1,1,1-Trichlorethan, Trichlorethen, Tetrachlorethen (wurde in Deutschland vor 1992 in chemischen Reinigungen und bis heute in Oberflächenbehandlungs-anlagen nach 2.BImSchV eingesetzt).

 

Bestimmung von freien Fettsäuren sowie Fettsäuren nach Spaltung (z.B. aus Fetten und Ölen).
Beispielchromatogramm von derivatisierten Fettsäuren. Das Beispiel zeigt anhand der Massenspektren von Palmitinsäure und Stearinsäure die Unterscheidbarkeit der Säuren anhand Ihrer Hauptmassen (201 bzw. 229):

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Als Fettsäuren bezeichnet man Monocarbonsäuren mit fast ausschließlich unverzweigter Kohlenwasserstoffkette. Die Fettsäuren werden nach ihrer Kettenlänge (kurzkettige Fettsäuren wie Essigsäure bis zu langkettigen Fettsäuren wie Palmitinsäure) und dem Sättigungsgrad (ungesättigte Fettsäuren wie Stearinsäure, einfach ungesättigte wie Ölsäure und mehrfach ungesättigte Fettsäuren wie Linolsäure oder auch Linolensäure) unterschieden.

Bei Fetten/Ölen können aus dem Verteilungsmuster der Fettsäuren Rückschlüsse auf die Herkunft gezogen werden.

Untersuchung auf polycyclische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK) nach TVO oder auch nach EPA.

TVO steht für Trinkwasserverordnung Nach der TVO werden 6 PAK untersucht: Fluoranthen, Benzo(b)fluoranthen, Benzo(k)fluoranthen, Benzo(a)pyren, Benzo(g,h,i)perylen und Indeno(1,2,3-c,d)pyren.
EPA steht für Environmental Protection Agency (Amerikanische Umweltschutz Behörde). Zusätzlich zu den 6 „TVO-PAK“ werden noch 10 weitere PAK untersucht: Naphthalin, Acenaphthylen, Acenaphthen, Fluoren, Phenanthren, Anthracen, Pyren, Benz(a)anthracen, Chrysen und Dibenz(a,h)anthracen

Untersuchung auf polychlorierte Biphenyle (PCB)

Früher wurden PCB vor allem in Transformatoren als Isolierflüssigkeit eingesetzt. Durch die Stockholmer Konvention von 2001 wurde der Einsatz von den damals 122 Unterzeichnerstaaten nahezu weltweit verboten.
Es gibt insgesamt 209 sogenannte PCB-Kongenere, von denen jedoch konventionsgemäß (LAGA-Richtlinie, PCB-Richtlinie) nur sechs bestimmt werden. Aufgrund der vom Chlorierungsgrad abhängigen Verteilung ist es jedoch möglich, in festen und flüssigen Matrices recht genau den Gesamtgehalt der PCB nach den Vorgaben der LAGA (Länderarbeitsgemeinschaft Abfall) zu berechnen, indem die Summe der 6 PCB mit 5 multipliziert wird.

Untersuchung von Weichmachern (vor allem Phthalsäureestern)

Nach der Richtlinie 2005/84/EG des Europäischen Parlaments dürfen speziell aufgeführte Phthalsäureester in Produkten für Spielzeug und Babyartikel nicht mehr in der Verkehr gebracht werden.
Dies betrifft die Verbindungen Phthalsäuredi-n-butylester (DBP), Phthalsäurebenzylbutylester (BBP) und Phthalsäurebis-(2-ethylhexyl)ester (DEHP).
Bei Produkten die in den Mund genommen werden können, dürfen zusätzlich Phthalsäuredi-n-octylester (DNOP), Phthalsäurediisononylester (DINP) und Phthalsäurediisodecylester (DIDP) nicht enthalten sein (Grenzwerte).

 

Flüssigchromatographie (HPLC)

Mit der HPLC (high performance liquid chromatography) kann ergänzend oder alternativ zur GC ein großes Spektrum an Stoffklassen untersucht werden. Im Gegensatz zur Gaschromatographie können auch thermisch instabile Verbindungen oder auch hochmolekulare Substanzen untersucht werden.
Häufig werden zur Steigerung der analytischen Empfindlichkeit für spezielle Substanzklassen (z.B. Aldehyde, Amine) Derivatisierungen durchgeführt.

Häufig durchgeführte Untersuchungen:

  • Untersuchung von Aldehyden nach Derivatisierung mittels DNPH (Dinitrophenylhyrazin)

Von der Gruppe der Aldehyde ist Formaldehyd als Luftschadstoff in Innenräumen wegen des Verdachts auf krebserzeugende Wirkung der wohl bekannteste Vertreter. Formaldehyd kann von Holzwerkstoffen emittiert werden, die nicht für den Einsatz in Innenräumen freigegeben sind.

Heutzutage wird Formaldehyd zum Teil noch als Konservierungsmittel in kosmetischen Produkten verwendet. Zusätzlich zum Formaldehyd untersuchen wir auch die höheren Aldehyde wie Acetaldeyhd, Propionaldehyd, Butylaldehyd, Valeraldehyd und Capronaldeyhd.

  • Untersuchung von Carbonsäuren (organischen Säuren)

Mit der HPLC werden vor allem die kurzkettigen Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure untersucht. Es können jedoch auch viele weitere Carbonsäuren wie z.B. Acrylsäure, Glycolsäure, Zitronensäure analysiert werden.

  • Untersuchung von primären und sekundären Aminen nach Derivatisierung mittels DNFB (Dinitrofluorbenzol).

Kraftstoffe

Die Derivatisierung erhöht wesentlich die analytische Empfindlichkeit der zu untersuchenden Amine.

  • Untersuchung von Mono-, Di-, Triglyceriden mittels GPC (Gelpermeations-Chromatographie). Beispielchromatogramm einer Glycerolmonostearat-Probe:

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