Einführung in die Chromatographie

Georg Schwedt, geb. 1943, studierte Chemie in Göttingen und promovierte an der Universität Hannover. Im Anschluss übernahm er eine Abteilungsleitung am Chemischen Untersuchungsamt Hagen, habilitierte sich 1978 in Analytischer Chemie an der Universität Siegen, und wurde, nach einer Professur für Analytische Chemie in Göttingen, Direktor des Instituts für Lebensmittelchemie und Analytische Chemie der Universität Stuttgart. Von 1987 bis 2006 war er Professor für Anorganische und Analytische Chemie an der TU Clausthal. Neben zahlreichen weiteren Auszeichnungen erhielt Georg Schwedt im März 2010 den GDCh-Preis für Journalisten und Schriftsteller.

• Vorwort xi1 Einführung 11.1 Entwicklungen von den klassischen zu den instrumentellen Trennmethoden 11.1.1 Vorläufer chromatographischer Trennmethoden 21.1.2 Adsorptionschromatographie von Pflanzenfarbstoffen durch M. Tswett 31.1.3 Verteilungschromatographie in Säulen 51.1.4 Papierchromatographie 51.1.5 Von der Dünnschicht- zur Planarchromatographie 61.1.6 Vom Ionenaustausch zur Ionenchromatographie 71.1.7 Gelchromatographie 81.1.8 Affinitätschromatographie 81.1.9 Gaschromatographie 81.1.10 Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) 101.2 Systematik und Definitionen 112 Theoretische Grundlagen 152.1 Allgemeine Theorien und Kenngrößen 152.1.1 Kinetische Theorie 152.1.2 Theoretisches Trennstufenmodell 192.1.2.1 Diffusionseffekte–Vergleich offenes und gepacktes Rohr 232.1.3 Die van-Deemter-Gleichung: H=f(u) 252.1.4 Spezielle chromatographische Kenngrößen 272.2 Trennmechanismen–Prinzipien und Übersicht 312.2.1 Adsorption 312.2.2 Ionenaustausch und Ionenausschluss 332.2.3 Flüssig-flüssig-Verteilung 342.2.4 Reversed-phase-Mechanismen 392.2.5 Gelpermeation 402.2.6 Bioaffinität und Enantiomeren-Trennprinzipien 413 Methoden und Verfahren zur Probenvorbereitung 453.1 Einführung 453.2 Filtration 463.3 Extraktion 463.3.1 Extraktion fester Proben 473.3.1.1 Soxhlet-Extraktion 473.3.1.2 Verfahren mit verstärkter Lösemittelextraktion 473.3.1.3 Mikrowellen- und ultraschallunterstützte Extraktionen 483.3.1.4 Verwendung superkritischer Flüssigkeiten (supercritical fluid extraction, SFE) 493.3.1.5 Extraktion mit überhitztem Wasser 513.3.2 Extraktion flüssiger Proben 513.3.2.1 Festphasenextraktionen (solid phase extraction, SPE) 523.3.2.2 Festphasen-Mikroextraktionen (solid phase microextraction, SPME) 533.3.2.3 Extraktion mit Rührfisch (stir-bar extraction) 573.3.2.4 Membranextraktion 573.3.2.5 Purge-and-trap-Verfahren 573.3.3 Extraktion gasförmiger Proben 593.3.3.1 Trapping aus gasförmigen Proben 593.3.3.2 Headspace-Analyse 593.4 Verfahren für schwierig aufzubereitende feste Proben 603.5 Direkte Kombination von Probenpräparation und Trennung 603.5.1 Injektionen großer Volumina in der GC 603.6 Methoden zur Erhöhung der Selektivität 613.6.1 Affinitätsmethoden 613.6.2 Molecular imprinting polymers (MIP) 613.6.3 Medien mit begrenztem Zugang 613.7 Probenvorbereitung mit Derivatisierung 623.7.1 Derivatisierung zur Erhöhung der Flüchtigkeit und Trennbarkeit 623.7.2 Derivatisierung zur Verbesserung der Detektierbarkeit 624 Planar- oder Dünnschichtchromatographie 654.1 Spezielle Parameter 654.2 Stationäre Phasen 704.2.1 Kieselgel 704.2.2 Aluminiumoxid 704.2.3 Magnesiumsilicat 714.2.4 Polyamide 714.2.5 Aktivität 714.2.6 Cellulose 724.3 Fließmittel 724.4 Verfahren und Techniken zur Durchführung 754.4.1 Charakteristika von Dünnschichtplatten 764.4.2 Probenaufgabe 774.4.3 Entwicklung der Trennung 794.4.4 Detektion 814.5 Anwendungen – instrumentelle Entwicklungen 885 Flüssigchromatographie in Säulen (LC – HPLC) 915.1 Gerätetechnik für die Normal- und Mitteldruck-Chromatographie 915.2 Hochleistungs-Flüssigchromatographie (HPLC) 945.2.1 Pumpen 945.2.2 Gradientensysteme 975.2.3 Probenaufgabesysteme 995.2.4 Säulen 1005.2.5 Stationäre Phasen 1015.2.5.1 Kieselgel 1015.2.5.2 Chemisch modifzierte Kieselgele 1055.2.5.3 Styrol-Divinylbenzen 1085.2.6 Mobile Phasen 1085.2.7 Detektoren 1125.2.7.1 RI-Detektor 1155.2.7.2 UV/Vis-Spektralphotometer 1165.2.7.3 Fluoreszenzdetektor 1175.2.7.4 Lichtstreudetektoren 1185.2.7.5 Elektrochemische (amperometrische) Detektoren 1195.2.7.6 Kopplungstechniken zur Detektion 1205.3 Ausschluss- bzw. Gelpermeationschromatographie 1215.3.1 Gelmaterialien 1225.3.1.1 Hydrophile Gele 1235.3.1.2 Organophile Gele 1235.3.1.3 Anorganische Gele 1245.3.2 Anwendungen 1245.4 Affinitäts- bzw. Bioaffinitätschromatographie 1285.4.1 Trennprinzipien und -materialien 1285.4.2 Anwendungen 1305.4.2.1 Adsorption und Elution von Makromolekülen 1315.4.2.2 Immobilisierte Metallchelat-Affinitätschromatographie 1325.4.2.3 Fließbettchromatographie 1326 Ionenchromatographie 1356.1 Einführung 1356.2 Gerätetechnik 1366.2.1 Suppressortechnik 1366.2.2 Ionenchromatographie ohne Suppression (Einsäulen-Technik) 1396.2.3 Detektoren 1396.3 Ionenaustausch-Chromatographie 1396.3.1 Stationäre Phasen 1396.3.1.1 Anionenaustauscher auf Basis organischer Polymere 1406.3.1.2 Polymethacrylat- und Polyvinylharze 1416.3.1.3 Latex-Anionenaustauscher 1426.3.1.4 Anionenaustauscher auf Kieselgelbasis 1446.3.1.5 Kronenether-Phasen 1456.3.2 Elutionsmittel für spezielle Trennungen 1466.3.2.1 Ionenaustausch-Chromatographie anorganischer Anionen 1486.3.2.2 Systempeaks 1496.3.2.3 Ionenaustausch-Chromatographie organischer Anionen 1506.3.2.4 Kohlenhydrate 1516.3.2.5 Kationenaustausch-Chromatographie 1526.3.2.6 Trennung von Alkali- und Erdalkaliionen sowie aliphatischen Aminen 1536.3.2.7 Trennung von Übergangs- und Schwermetallionen 1546.3.3 Detektoren 1556.3.3.1 Bestimmung mit Leitfähigkeitsdetektion 1556.3.3.2 Bestimmung mit spektralphotometrischer Detektion 1566.4 Ionenausschluss-Chromatographie 1576.4.1 Suppressorsysteme 1586.4.2 Analyse anorganischer Säuren 1596.4.3 Analyse organischer Säuren 1606.4.4 Analyse von Alkoholen und Aldehyden 1606.4.5 Analyse von Aminosäuren 1606.5 Ionenpaar-Chromatographie (MPIC) 1626.5.1 Experimentelle retentionsbestimmende Parameter 1646.5.2 Analyse oberflächeninaktiver Ionen 1666.5.3 Analyse oberflächenaktiver Ionen 1676.5.4 Anwendung der „ion-suppression-Technik“ 1687 Gaschromatographie 1717.1 Einführung 1717.1.1 Systematisierung der Gaschromatographie 1727.2 Spezielle gaschromatographische Parameter 1727.2.1 Retentionsindexsystem 1747.2.2 Rohrschneider/McReynolds-Konstanten für Trennflüssigkeiten 1767.3 Gerätetechnik 1777.3.1 Probenaufgabesysteme 1787.3.2 Pyrolyse-Gaschromatographie 1827.3.3 Headspace-Analyse 1827.3.4 Trägergase 1847.3.5 Trennsäulen 1867.3.5.1 Gepackte Säulen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 1867.3.5.2 Kapillarsäulen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 1887.3.5.3 Stationäre Phasen in der Gas-flüssig-Chromatographie (GLC) 1897.3.5.4 Stationäre Phasen in der Gas-fest-Chromatographie (GSC) 1927.3.5.5 Temperaturprogrammierte Trennungen 1947.3.6 Detektoren 1957.3.6.1 Charakteristische Größen eines Detektors 1967.3.6.2 Wärmeleitfähigkeitsdetektor 1987.3.6.3 Flammenionisationsdetektor (flame ionization detector, FID) 2007.3.6.4 Elektroneneinfangdetektor (electron capture detector, ECD) 2017.3.6.5 Flammenphotometrischer Detektor (flame photometric detector, Fpd) 2037.3.6.6 Phosphor-Stickstoff-Detektor (phosphorous-nitrogen-detector, Pnd) 2057.3.6.7 Atomemissionsdetektor (atomic emission detector, AED) 2087.3.6.8 Massenselektiver Detektor (mass selective detector, MSD) 2097.3.6.9 Quantitative Analysen 2108 Chromatographie mit überkritischen Phasen 2138.1 Einführung 2138.2 Überkritische Fluide 2138.2.1 Physikalisch-chemische Eigenschaften überkritischer Fluide 2158.3 Gerätetechnik 2188.3.1 Mobile Phasen 2198.3.2 Gradiententechnik 2208.3.3 Trennsäulen 2208.3.4 Injektorsysteme 2228.3.5 Restriktoren 2238.3.6 Detektoren 2248.4 Anwendungen 224Index 227