Chromatographie – Stoffe trennen einfach erklärt

Chromatographie ist ein physikalisches Trennverfahren, mit dem du Gemische aus mehreren gelösten Stoffen auftrennst, ohne die Stoffe chemisch zu verändern. Der Name kommt aus dem Griechischen und bedeutet „Farbe schreiben“, weil das Verfahren ursprünglich zur Trennung von Pflanzenfarbstoffen entwickelt wurde. Heute wird Chromatographie in Schule und Forschung genutzt, um herauszufinden, aus welchen Einzelstoffen ein Gemisch besteht.

Das Grundprinzip beruht auf zwei Phasen: einer stationären Phase, die feststeht, etwa das Papier oder eine Kieselgelschicht, und einer mobilen Phase, dem sogenannten Laufmittel, das sich durch die stationäre Phase bewegt. Gelöste Stoffe werden dabei unterschiedlich stark von der stationären Phase festgehalten und deshalb unterschiedlich weit vom Laufmittel mitgenommen.

Ein typischer Fehler ist zu glauben, alle Farbstoffe in einem Gemisch würden gleich schnell wandern. Tatsächlich hängt die Wandergeschwindigkeit von der chemischen Struktur jedes einzelnen Stoffes ab: Manche Moleküle binden stärker an das Papier und bleiben nah an der Startlinie, andere werden vom Laufmittel fast vollständig mitgerissen.

Ein häufiger Fehler beim Experimentieren ist, den Farbpunkt zu groß oder zu tief aufzutragen, sodass er direkt im Laufmittel liegt. Berührt der Startpunkt das Laufmittel, löst sich der Farbstoff sofort im Gefäß auf, statt am Papier nach oben zu wandern, und das Ergebnis wird unbrauchbar.

Ein zweiter Fehler ist, den Rf-Wert nicht ab der Startlinie, sondern versehentlich ab dem unteren Papierrand zu messen. Da die Startlinie erst einige Zentimeter über dem Rand gezogen wird, verfälscht dieser Messfehler das Ergebnis erheblich.

Ein dritter Fehler betrifft den Vergleich verschiedener Chromatogramme: Der Rf-Wert ist nur dann vergleichbar, wenn Laufmittel, Papierart und Temperatur bei allen Versuchen gleich sind. Wird ein anderes Laufmittel verwendet, ändert sich der Rf-Wert desselben Stoffes deutlich.

Chromatographie begegnet dir öfter, als du denkst: Filzstifte enthalten meist keine reinen Farben, sondern Mischungen mehrerer Farbstoffe, die sich per Chromatographie sichtbar trennen lassen. Auch die Trennung von Blattfarbstoffen zeigt, dass ein grünes Blatt neben Chlorophyll auch gelbe und orange Farbstoffe enthält, die im Herbst sichtbar werden, wenn das Chlorophyll abgebaut wird.

In der Lebensmittelkontrolle wird Chromatographie genutzt, um nachzuweisen, welche Farbstoffe in Süßigkeiten oder Getränken enthalten sind und ob sie zugelassen sind. Auch bei der Aufklärung von Umweltverschmutzungen hilft das Verfahren, einzelne Schadstoffe in einer Wasserprobe zu identifizieren.

Für die Laborsicherheit gilt: Viele Laufmittel wie Ethanol oder Essigsäure sind brennbar oder reizend, deshalb wird im Unterricht mit gut belüfteten Räumen und kleinen Mengen gearbeitet. Laufmittelgefäße sollten stets abgedeckt sein, damit sich das Laufmittel nicht durch Verdunstung verändert und keine Dämpfe eingeatmet werden.

In Klassenarbeiten wird häufig ein fertiges Chromatogramm mit mehreren Flecken abgebildet und nach dem Rf-Wert eines bestimmten Flecks gefragt. Miss dabei immer von der Startlinie bis zur Mitte des Flecks und von der Startlinie bis zur Laufmittelfront, nicht bis zum oberen Papierrand.

Wirst du gefragt, ob zwei Substanzen identisch sein könnten, vergleiche ihre Rf-Werte unter denselben Versuchsbedingungen: Stimmen sie überein, ist das ein starkes Indiz für dieselbe Substanz, ein Beweis ist es aber nicht, da auch verschiedene Stoffe zufällig ähnliche Rf-Werte haben können.