Paul Heinz

 

"Dünnschichtchromatographie"
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Blattfarbstoffe / Metallchelate

 

 

1. Theorie

 

NP/RP-Methoden:

NP: Diese Art der Chromatographie nennt man Normal-Phase-Chromatographie. Die Charakteristische Eigenschaft dieser NPC ist eine polare stationäre (Kieselgel bzw. Aluminiumoxid) und eine unpolare bis mäßig polare mobile Phase(z.B. Gemisch aus CCl₄ und CHCl₃).

Das Trennprinzip beruht auf der Adsorption der Stoffe, wobei nicht nur die Analyten, sondern auch die polaren LöMi-Moleküle adsorbiert werden, und dabei die Analyten von ihren Adsorptionsplätzen verdrängen können (eluieren).

Die möglichen mobilen Phasen sind in einer sog. Eluotropen Reihe, nach ihrer Elutionskraft angeordnet. Wasser steht in dieser Reihe weit oben und ist somit für die NPC eher schlecht geeignet, da es aufgrund seiner hohen Polarität, zu viele Adsorptionsplätze besetzen würde.

RP: Die sog. Reversed-Phase-Chromatographie funktioniert genau umgekehrt, hier ist die Stationäre Phase unpolar und die mobile Phase eher polar.

Das Trennprinzip hier beruht i.d.R. auf dem Prinzip der Verteilung.

Blattfarbstoffe:

Bei diesem Versuch trennt man die Blattfarbstoffe eines Brennnesselextrakts qualitativ nach ihrer unterschiedlichen Polarität im NP-Modus. Anschließend bestimmt man photometrisch den Gehalt an ß-Carotin mit Hilfe einer zuvor erstellten Kalibrierreihe.

Metallchelate:

Hier werden Metallionen mittels Derivatisierung zu farbigen Neutralchelaten getrennt. Das Trennprinzip beruht auf den verschiedenen Komplexbildungskonstanten, wobei die stabileren Komplexe weiter wandern als die weniger stabilen, da diese eher dissoziieren und in Wechselwirkung mit der stationären Phase treten.

Die Farbigkeit der Komplexe ist ausschlaggebend für die Trennung. Der Farblose Cd-Komplex kann nach der Trennung mittels besprühen mit CuSO₄-Lösung farbig gemacht werden, wobei das Cu-Ion das Cd-Ion aus dem Komplex verdrängt.

Stabilität der Chelate:

Die besondere Stabilität der Chelatkomplexe lässt sich thermodynamisch und kinetisch erklären.
Der thermodynamische Aspekt beruht auf dem 2. Hauptsatz, welcher besagt, dass sich die Entropie bei spontanen Prozessen immer erhöhen muss. Diese Forderung wird bei der Chelatbildung gleich doppelt erfüllt, da dabei mehr Teilchen frei, als eingesetzt werden, und darüber hinaus die Zunahme der Teilchenzahl mit einer Zunahme der translatorischen Freiheitsgrade verbunden ist.
Der kinetische Effekt basiert auch auf der Mehrzähnigkeit der Liganden; dabei ist es wichtig, dass bei einer Austauschreaktion mit Chelatkomplexen die gleichzeitige Spaltung aller Bindungen zum Zentrum erforderlich ist, während bei einzähnigen Liganden der Austausch schon nach der Spaltung einer einzigen Bindung erfolgen kann.

Strukturen der Blattfarbstoffe:

 

Stoff	Rest R	Zentralteilchen M
Chlorophyll a	CH3	Mg(II)-Ion
Chlorophyll b	CHO	Mg(II)-Ion
Phäophytin a	CH3	2H an N(21) und N(23)
Phäophytin b	CHO	2H an N(21) und N(23)

Struktur der Metallchelate:

 

2. Durchführung

Blattfarbstoffe:

Extraktion:

Es werden 6 g Brennnesselmehl in die Hülse des Soxhlet-Extraktors gegeben und anschließend mit 70 ml Aceton extrahiert. Dabei wird im unteren Rundkolben das Aceton verdampft, dieses steigt bis in den Rückflusskühler, wo es dann kondensiert und in die Hülse tropft. Sobald diese bis zum Überlauf gefüllt ist fließt das Extrakt in den Rundkolben zurück. So kann man eine dauernde Extraktion ohne zusätzliches Lösungsmittel gewährleisten. Nach 3-4 Stunden ist der Extraktionsvorgang beendet.
(Quelle: Römpp Chemielexikon)

Trennung

Das durch die Extraktion erhaltene Brennnesselextrakt wird mit Hilfe einer Kappilarpipette auf die vorher erstellten Startlinien verschiedener DC-Platten aufgetragen. Diese DC-Platten werden in Kammern mit verschiedenen Laufmittelzusammensetzungen gestellt. Nach dem Durchlaufen der DC-Platte wird die Laufmittelfront markiert. Daraus, und aus der Laufstrecke der Analyten werden dann die Rf-Werte ermittelt.

Aktivität

Um Platten mit verschiedener Aktivität zu erhalten, wird je eine Platte in einem Trockenschrank getrocknet (hohe Akt.), und eine andere in einer, mit Wasserdampf gesättigten, Kammer gelagert (geringe Akt.).

Bestimmung von Carotin

Es werden 200 μl des Brennnesselextraktes dünnschichtchromatographisch getrennt. Das so abgetrennte ß-Carotin wird in 3 ml Aceton gelöst, und anschließend photometrisch die Transmission der erhaltenen Lösung bestimmt.
Dieser Transmissionswert wird mit Hilfe einer, vorher erstellten, Kalibriergerade einer Stammlösung bekannter Konzentration, in den Carotingehalt des Extraktes umgerechnet.

 

Metallchelate:

Herstellung der Chelate:

Die Lösungen der zu bestimmenden Ionen werden mit 1ml Natrium-Diethylcarbaminat-Lösung versetzt. Die ausgefallenen Komplexe werden mit Chloroform im Scheidetrichter extrahiert, und in verschließbare Gläschen überführt.

Trennung:

Analog der Blattfarbstofftrennung

Aktivität:

Hier wird die Bestimmung nach Brockmann-Schodder durchgeführt. Dazu verwendet man verschieden behandelte Platten:

1: Platte im Wasserdampfgesättigten Raum

2: Luftfeuchte Platte

3: 30min Trockenschrank 30min Laborluft

4: 30min Trockenschrank

Als Laufmittel verwendet man Tetrachlorkohlenstoff, und als zu trennende Substanzen Azobenzol, 4-Methoxyazobenzol, Sudanrot und 4-Aminoazobenzol. Die so erhaltenen Rf-Werte werden mit einer Tabelle verglichen, und somit der Wassergehalt bestimmt.

 

3.Auswertung Blattfarbstoffe

Abhängigkeit von der Laufmittelzusammensetzung:

Diagramme:

 

Diskussion:

Der Theorie nach, müssten bei steigender Polarität, auch die R_f-Werte ansteigen. Das stimmt, bis auf wenige Ausnahmen (z.B. Phäophytin b, und Chlorophyll a auf den Aluminiumoxid-Platten), mit unserem Versuch überein. Es fällt auch auf, dass beim Übergang (70:30) auf (60:40) die Werte aller Analyten konstant bleiben, oder sogar abnehmen.

Weiterhin kann man sagen, dass die Erwartungen bezüglich der Abhängigkeit der R_f-Werte von der Polarität der Analyten weitgehend erfüllt wurden.

Adsorptionsaktivität:

Diagramme:

 

Diskussion:

Bei diesem Versuch müssten, der Theorie nach, die Rf-Werte mit zunehmender Aktivität (sinkendem Wassergehalt) abnehmen, da die Wassermoleküle dann weniger Adsorptionsplätze belegen würden. Das trifft bei unserem Versuch leider nur auf die Übergänge von geringer auf mittlere Aktivität zu. Beim Übergang zur hohen Aktivität stellt man meist einen Anstieg der Rf-Werte fest.
Das Carotin entzieht sich ganz der Regel, da dessen Rf-Werte weitläufig konstant bleiben.

Bestimmung von Carotin:

Stammlösung: 713 μg/ml
Kalibrierlösungen: 25, 50, 100 und 200 μl in 10ml
Wellenlänge: 453 nm

Diagramm:

Regressionsgerade:

Analyse:

→ 240,3 μg in 200 μl Extrakt

Fehlerrechnung:

Pipetten+Kolben: 1,5%
Photometer: 0,5%

Ergebnis: (14,01±0,22) mg/g

 

4. Auswertung Metallchelate

Abhängigkeit von der Lösungsmittelzusammensetzung

Diagramme:

Diskussion:

Bei diesem Versuch verhalten sich die Analyten gemäß der Theorie. Die R_f-Werte aller Komplexe nehmen mit steigender Polarität wie erwartet zu, da die Konkurrenz des Laufmittels mit den Chelaten um die Adsorptionsplätze auch zunimmt.
Bei der Trennung auf der Aluminiumoxid-Platte wird zunehmend beobachtet, dass sich die Flecken überlagern. Somit kann man sagen dass eine Trennung der Metallchelate bevorzugterweise auf der Kieselgel-Platte durchgeführt werden sollte.

Analyse:

(Trennung auf Kieselgel-Platte mit [CCl₄ : CHCl₃] = 2 : 1)

Da bei der Trennung des Analysengemisches nur zwei Flecken auftauchten, und ihre Farben und R_f-Werte mit denen von Ni(II)DEDTC und Cu(II)DEDTC annähernd identisch waren kann man davon ausgehen, dass die Analyse auch nur diese zwei Ionen enthielt.

Adsorptionsaktivität

 

Diskussion:

Auch bei diesem Versuch verhalten sich die Analyten analog zur Theorie. Mit steigender Aktivität sinken die Rf-Werte, da immer mehr Adsorptionsplätze vorhanden sind. Als Ausnahme ist Platte 3 zu bemerken. Da stimmen die Ergebnisse nicht mit den Erwartungen überein, da diese Platte wohl nicht lang genug im Ofen war oder an der Luft in Kontakt mit Wasserdampf gekommen ist, und somit ihre Aktivität wieder gesunken ist.
Wassergehalt nach Brockmann-Schodder:

1: ca. 6% H₂O
2: ca. 4% H₂O
3: ca. 5% H₂O
4: <3% H₂O