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Eine sehr wichtige Form der Chromatographie stellt die Gaschromatographie dar. Mithilfe dieser Methode werden in jedem Fall gasförmige Stoffe analysiert und sogar getrennt. Dabei wirkt ein Trägergas als Transportmittel. Verschiedene Zusammensetzungen der Säulen im Inneren des Gaschromatographen sorgen dafür, dass die einzelnen Bestandteile des Gases adsorbiert werden. Das unterschiedliche Haftungsverhalten der Stoffe sorgt für die mögliche Trennung.
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Die Gaschromatographie ist eine der wichtigsten Trennmethoden, die alltäglich im Labor verwendet werden.
Zum Schluss dieses Artikel findest du die wichtigsten Informationen noch einmal zusammengefasst. Damit lernst du am besten für deine nächste Prüfung.
Eine Gaschromatographie ist eine Sonderform der Chromatographie. Auch hier wird mit den physikalischen Eigenschaften Löslichkeit und Adsorption gearbeitet. Wie allerdings auch schon bei einer Säulen-Chromatographie können die einzelnen Bestandteile effektiv voneinander getrennt werden.
Abbildung 1: Aufbau einer Gaschromatographie
Die Abbildung zeigt dir nun einen schematischen Aufbau einer solchen Gaschromatographie. Die Trennung erfolgt in der Kapillarsäule. Dabei handelt es sich meist um ein Rohr bestehend aus Glas, Kunststoff oder Metall. Getrennt werden in diesem Bereich meist Gase, aber auch leicht verdampfbare Flüssigkeiten oder Feststoffe.
Die stationäre Phase befindet sich in dieser Kapillarsäule. Häufig findet man hier ein feinkörniges Pulver, das mit einer nichtflüchtigen Flüssigkeit getränkt ist. Als mobile Phase wird ein Trägergas verwendet. Oftmals handelt es sich dabei um Wasserstoff oder Helium.
Wasserstoff ist leicht endzündbar. Beim Austritt des Gases aus der Kapillarsäule wird es entzündet. Die Veränderung der Flamme weist dann auf die entsprechenden Bestandteile hin, die dann mit dem Detektor registriert werden.
Helium hingegen leitet Wärme. Die Veränderung wird nun dadurch bemerkt, dass sich bei unterschiedlichen Gasen die Wärmeleitfähigkeit von Helium in eine bestimmte Richtung verändert. Auch diese werden mit dem Detektor aufgezeichnet.
Die Kapillarsäule wird häufig auch als Trennsäule bezeichnet, da sich die Stoffe in diesem Bereich voneinander trennen. Diese Trennung erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Wechselwirkungen zwischen der stationären Phase und den Bestandteilen der Probe. Die einzelnen Bestandteile werden adsorbiert und haften an dem Pulver der stationären Phase. In diesem Zustand kommt es unter anderem auch vor, dass sie absorbiert werden.
Eine Absorption steht in diesem Fall dafür, dass sich der gasförmige Stoff meist in der Flüssigkeit löst, in die das Pulver getränkt ist. Allerdings handelt es sich nur um eine vorübergehende Adsorption.
Aufgrund des unterschiedlichen Haftungsverhaltens lösen sich die Teilchen entsprechend wieder. Dadurch kommt es zu einem zeitversetzten Austritt aus der Säule, der dann analysiert werden kann.
Der Detektor wandelt die Veränderungen in ein elektrisches Signal um. Mithilfe eines Verstärkers gelangen sie zu einem Schreiber. Hier entsteht dann ein sogenanntes Chromatogramm. Auf diesem sind die entsprechenden Peaks zu sehen, die Veränderungen markieren. Als Peaks bezeichnet man die Ausschläge des Schreibers.
Abbildung 2: Beispiel eines Chromatogramms
Die vereinfachte Form eines solchen Chromatogramms zeigt dir die Abbildung. Die entsprechenden Peaks machen Aussagen über die Anteile in der Probe möglich. Es besteht schließlich eine Proportionalität zwischen der Fläche unter dem Peak und der vorhandenen Stoffmenge in der ursprünglichen Probe, vorausgesetzt die Wärmeleitfähigkeit aller Stoffe ist ungefähr gleich. Damit ergibt sich folgende Verhältnisgleichung:
Weiterhin lässt sich die Art des Stoffs mithilfe der charakteristischen Retentionszeit erkennen. Meist wird dabei der Reinstoff ebenfalls durch die Gaschromatographie gegeben, um unter gleichen Umständen ein Ergebnis zu zeigen. Anschließend werden die Peaks verglichen.
Wie bereits erwähnt, lassen sich mit dieser Methode nicht nur Gase trennen. Auch Flüssigkeiten und Feststoffe können getrennt werden. Voraussetzung dafür ist allerdings, dass sie unzersetzt verdampfbar sind. Nur dann kann der Stoff problemlos untersucht werden.
Zuerst einmal ist an dieser Stelle zu erwähnen, dass sich mit dieser Methode die Stoffe tatsächlich trennen lassen, sodass sie auch weiterführend analysiert werden können. Das ist im Gegenteil bei einer Papier-Chromatographie zum Beispiel nicht der Fall.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Gaschromatographie sehr schnell arbeitet. Somit ist eine rasche quantitative, aber eben auch qualitative Analyse von teilweise sehr komplexen Gemischen möglich. Die entsprechenden Ergebnisse werden in den meisten Fällen grafisch dargestellt dank der Kopplung mit einem Detektor.
Allerdings besitzt diese Methode einen großen Nachteil gegenüber der Hochdruck-Flüssigkeits-Chromatographie. Bei einer Gaschromatographie können nun gasförmige oder leicht verdampfbare Stoffe analysiert werden.
Aufgrund der hohen Empfindlichkeit ist die Gaschromatographie eine der häufigsten Anwendungen in der Analytik im Labor. Teilweise können Mengen im Bereich von 1g nachgewiesen werden. Häufig erfolgt anschließend eine Kopplung mit einer Massenspektrometrie, wodurch im Anschluss eine Strukturanalyse erfolgt.
Die quantitative Analyse ist häufig komplizierter, da Vergleichsmessungen gemacht werden müssen. Da ist es meist einfacher, andere Methoden anzuwenden, doch in geringem Rahmen ist dies auch durch eine Gaschromatographie im Labor möglich.
Weitere Anwendungsbereiche sind:
Tatsächlich ist die Flüssigkeit/Gaschromatographie gekoppelt mit der Massenspektrometrie die wichtigste Analyseform im Sportbereich, um Doping nachzuweisen. Dabei gibt es ausgewählte Zentren in Deutschland, die von der World Anti-Doping Agency (WADA) akkreditiert wurden, um als Institutionen diese Dopingtests sicher durchzuführen.
Mit diesem Wissen bist du nun bestens vorbereitet. Als Wiederholung und auch für dich zum Lernen haben wir die wichtigsten Informationen noch einmal kurz zusammengefasst.
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Wie funktioniert die Gaschromatographie?
Die Gaschromatographie folgt dem Prinzip der Adsorption der Bestandteile. Als mobile Phase wird ein Gas, zum Beispiel Helium oder Wasserstoff verwendet. Als stationäre Phase dient ein Pulver, das sich in einem Rohr befindet. Die Probe wird mithilfe des Gases in ebenfalls gasförmigen Zustand durch das Rohr befördert. Ein Detektor nimmt beim Austritt aus dem Rohr die verschiedenen Bestandteile zeitlich versetzt wahr.
Was sind Peaks Gaschromatographie?
Als Peaks bezeichnet man die Ausschläge, die in einem Chromatogramm entstehen. Diese Ausschläge entstehen, wenn der Detektor eine Veränderung im Trägergas wahrnimmt.
Wie wird ein Gaschromatogramm ausgewertet?
Die Auswertung erfolgt über Referenzen unter den gleichen Bedingungen. Die Peaks werden miteinander verglichen. Gleichzeitig geben die Retentionszeiten bereits Aussagen darüber, um welche Stoffe es sich wahrscheinlich handelt, da sie charakteristisch für den Stoff sind. Auch die Fläche unter dem Peak kann besonders quantitativ ausgewertet werden.
Was ist eine Trennsäule?
Als Trennsäule bezeichnet man in einer Gaschromatographie das Rohr aus Metall, Kunststoff oder Glas, in dem sich die stationäre Phase befindet. Der Name kommt daher, dass sich in diesem Bereich die Stoffe voneinander trennen müssen.
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Lily Hulatt ist Digital Content Specialist mit über drei Jahren Erfahrung in Content-Strategie und Curriculum-Design. Sie hat 2022 ihren Doktortitel in Englischer Literatur an der Durham University erhalten, dort auch im Fachbereich Englische Studien unterrichtet und an verschiedenen Veröffentlichungen mitgewirkt. Lily ist Expertin für Englische Literatur, Englische Sprache, Geschichte und Philosophie.
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Gabriel Freitas ist AI Engineer mit solider Erfahrung in Softwareentwicklung, maschinellen Lernalgorithmen und generativer KI, einschließlich Anwendungen großer Sprachmodelle (LLMs). Er hat Elektrotechnik an der Universität von São Paulo studiert und macht aktuell seinen MSc in Computertechnik an der Universität von Campinas mit Schwerpunkt auf maschinellem Lernen. Gabriel hat einen starken Hintergrund in Software-Engineering und hat an Projekten zu Computer Vision, Embedded AI und LLM-Anwendungen gearbeitet.
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