Allgemeines

Die stationäre Phase wird als feines Pulver auf ein inertes Trägermaterial aufgetragen. Die Korngrößen liegen zwischen 2 µm für die Analyse von minimalen Volumina und 50 µm für präparative Aufgaben.

Mit zunehmendem Wassergehalt der stationären Phase - auch aus der Laborluft - sinkt die Aktivität der stationären Phase, d.h. ihre Fähigkeit unpolare Stoffe zu adsorbieren. Gleichzeitig steigt der Einfluss von Verteilungsgleichgewichten auf die Trennung.

Kieselgele

Standard-Kieselgel wird durch Fällung aus einer Wasserglas-(Natriumsilikat)-Lösung mit Schwefelsäure hergestellt. Der Niederschlag wird abfiltriert, bei 100 bis 200 °C getrocknet und gemahlen. Die Herstellung erfordert viel Erfahrung, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten. Das fertige Produkt besteht aus SiO₂ mit einem geringen Anteil von Wasser, dieses bildet an der Oberfläche saure SiOH Gruppen. Folglich ist das Kieselgel ein polares, schwach saures Adsorptionsmittel, an dem sich auch gleichzeitig - durch das oberflächlich gebundene Wasser - Verteilungsgleichgewichte einstellen können. Für diese hydrophilen Schichten wählt man lipophile Fließmittel. Kieselgelplatten werden in unterschiedlichen Qualitäten angeboten, so auch in hoch gereinigter Form für die Spurenanlytik.

Die Si-O-H Gruppen können mit bestimmten organischen Substanzen zur Reaktion gebracht werden und ändern dadurch ihren Charakter vollständig (Silanisierung). Man erhält dadurch so genannte Umkehrphasen (= reversed phase, Abkürzung RP), die sich hydrophob verhalten. So ist die RP-18-Phase durch SiOC₁₈H₃₇ Gruppen gekennzeichnet. Durch Auswahl des organischen Reaktionspartners und mehr oder weniger vollständigen Umsatz der SiOH- Gruppen kann der Charakter der statioären Phase von hydrophil nach hydrophob in vielen Schritten verändert werden. Üblich sind heute folgende Modifikationen (in abnehmend hydrophober Reihenfolge):

• RP-18-100 mit vollständiger Umwandlung aller SiOH-Gruppen
• RP-18-50 mit 50% verbleibender SiOH-Gruppen
• RP-2 mit Dimethylsilangruppen
• Cyano-modifiziertes Kieselgel mit einer Cyano-Gruppe (-CN) am Kettenende
• Amino-modifiziertes Kieselgel mit einer Amino-Gruppe (-NH₂) am Kettenende, die auch eine schwache Ionenaustauscherwirkung haben
• Diol-modifiziertes Kieselgel mit zwei OH-Gruppen an der Kette
• (unmodifiziertes Kieselgel)

Die RP-18-Phasen haben lipophilen Charakter und werden zusammen mit hydrophilen Fließmitteln benutzt, die Verhältnisse sind also genau umgekehrt wie bei den Standard-Kieselgelplatten. Mit einer Cyano-modifizierten Platte kann je nach Wahl des Fließmittels eine normale oder eine  Umkehrphasen-Trennung durchgeführt werden.

Standard- oder RP-Kieselgelschichten können durch eine Vorbehandlung weiter verändert werden, einige Beispiele sind

• Vor der Trennung kann die Trennschicht bestimmten Dämpfen (z.B. das verwendete Fließmittel oder Säuren oder Basen) ausgesetzt werden, um sie entsprechend zu konditionieren.
• Mit Ammoniumsulfat imprägnierte Schichten werden zur Trennung von Lipiden und Tensiden benötigt.
• Mit Coffein oder anderen Charge-Transfer-Komplexbildnern werden Platten zur Trennung polycyclischer aromatischer Kohlenwasserstoffe präpariert.
• Durch Zusatz eines optisch aktiven Prolinderivats zusammen mit Cu²⁺-Ionen entstehen Schichten, auf denen man die Enantiomeren optisch aktiver Stoffe trennen kann.

Weitere Schichtmaterialien

Aluminiumoxid wird meist durch Fällung unter basischen Bedingungen hergestellt und ist dann selbst basisch (pH=9). Mit Gips als Bindemittel entstehen aber neutrale Beschichtungen. Ähnlich wie beim Kieselgel wird der Niederschlag abfiltriert, getrocknet und gemahlen. Seine höchste Aktivität erreicht er schließlich durch Glühen bei 500 °C. Es stellen sich vorwiegend Adsorptionsgleichgewichte ein. Die Aktivität kann nach Brockmann durch Zugaben von bis zu 15% Wasser in Stufen verringert werden. Auf Aluminiumoxid werden vorwiegend basische Stoffe getrennt.

Natürliche Cellulose enthält als Kohlenhydrat sehr viele OH-Gruppen, stellt demnach eine polare stationäre Phase mit der Möglichkeit zur Ausbildung vieler Wasserstoffbrücken-Bindungen dar. Die aus Pflanzen (z.B. Baumwolle oder Holz) gewonnene Cellulose wird so fein gemahlen, dass die einzelnen Moleküle nur noch einen Polymerisationsgrad von 400 bis 500 aufweisen. Durch Hydrolyse kann eine mikrokristalline Cellulose mit Polymerisationsgraden bis herab zu 40 gewonnen werden.  Durch Reaktion mit Essigsäure(anhydrid) kann acetylierte Cellulose hergestellt werden (bis zu 40% der OH-Gruppe acetyliert), die dadurch ihren hydrophilen Charakter verliert. Die DEAE-Cellulose (Diethylaminoethyl-) ist ein schwacher Kationenaustauscher.

Polyamid ist ein polarer Kunststoff, der zahlreiche Wasserstoffbrücken ausbilden kann. Er wird zur Trennung von Phenolen, Flavonoiden u.a. eingesetzt.

Bei Kieselgur handelt es sich um ein natürliches Kieselgel aus den Schalen von fossilen Kieselalgen. Wegen seiner relativ geringen Oberfläche pro Gramm ist es eigentlich keine gute stationäre Phase. Gerade deshalb wird es aber in Konzentrierungszonen eingesetzt. Eine andere Anwendung findet es entsprechend imprägniert als Trägermaterial für die Verteilungschromatographie.

Mischphasen enthalten verschiedene stationäre Phasen in einem Verhältnis, das für ein bestimmtes Trennproblem optimale Ergebnisse liefert. 

Herstellung

Anfangs wurden Platten für die Dünnschichtchromatographie im Labor selbst hergestellt. Eine Suspension des Schichtmaterials in Wasser wurde auf Glasplatten ausgestrichen, wobei mehr oder weniger komplizierte Hilfen für eine konstante Schichtdicke sorgten. Die Platten wurden dann an der Luft und anschließend im Trockenschrank getrocknet.

Heute werden Fertigplatten in großer Vielfalt angeboten, so dass man sich für die tägliche Routine auf die gleichbleibende Qualität eines erfahrenen Herstellers verlassen kann. Nur noch in Sonderfällen muss man sich die Schichten selbst gießen.

Bei der Auswahl der Platten sind zu beachten:

• Zusammensetzung der stationären Phase, wie oben erläutert.
• Das ggf. verwendete Bindemittel (heute meist spezielle Polymere) soll die Schicht zusätzlich festigen. Der dazu früher verwendete Gips fungierte auch als stationäre Phase, solche Platten werden auch heute noch für spezielle Trennungen angeboten.
• Das eingesetzte Trägermaterial. Glas ist resistent gegen alle eingesetzten Chemikalien, aber schwer und zerbrechlich. Polyester ist ebenfalls recht resistent, unzerbrechlich, kann einfach geschnitten werden, billiger, aber nur bis 160 °C stabil und erzeugt bei Fluoreszenz-Nachweisen ein stärkeres Rauschen. Aluminium wird nur von starken Säuren oder Laugen angegriffen, ist unzerbrechlich und kann geschnitten werden.
• Die Schichtdicke beträgt 0,1 bis 0,25 mm für analytische Aufgaben und 0,5 bis 2,0 mm und mehr für präparative Trennungen. Auf dünnen Schichten können geringere Probenmengen nachgewiesen werden.
• Die Korngröße des Materials liegt bei der HPTLC (high performance thin layer chromatography) für empfindliche Nachweise zwischen 2  und 5 µm, für präparative Aufgaben bis zu 50 µm.
• Das Format der Trennplatte muss eine ausreichend lange Trennstrecke ermöglichen und zu der vorgesehenen Trennkammer passen. Vielfach werden grosse (Glas-)Platten vorgeritzt angeboten, so dass man sich bei Bedarf kleinere Formate schnell brechen kann.
• Bei Bedarf wird der Schicht ein Fluoreszenzindikator wie Mangan-dotiertes Zinksilikat beigemischt. Dies Material erzeugt schon in geringen Anteilen eine gut sichtbare Fluoreszenz und ist in den verwendeten Fließmitteln unlöslich (bleibt also an seinem Platz).

Versuchstechnik DC