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Transkript Ionenaustauschchromatographie

Guten Tag und herzlich willkommen! In diesem Video geht es um die Ionenaustauschchromatographie. Das Video gehört zur Reihe Chromatographische Verfahren. Für die notwendigen Vorkenntnisse solltest du die Videos zur Chromatographie gesehen haben, besonders das Video über die Dünnschichtchromatographie. Mein Ziel ist es, dir in diesem Video ein grundlegendes Verständnis der Ionenaustauschchromatographie zu vermitteln. Der Film ist wie folgt gegliedert: 1. Das Wesen der Methode 2. Die Säule 3. Ablauf am Beispiel der Trennung von Aminosäuren 4. Anwendung 5. Zusammenfassung Beginnen wir sogleich mit   1. Das Wesen der Methode Anstelle des Begriffes Ionenaustauschchromatographie wird mitunter auch der verkürzte Begriff Ionenchromatographie verwendet. Im Englischen heißt es Ion Exchange Chromatography. Herzstück der Ionenaustauschchromatographie ist die Chromatographiesäule. Die Chromatographiesäule ist bestückt mit dem Ionenaustauscher, das ist ein Polymerenharz, der die stationäre Phase der chromatographischen Methode bildet. Die Ionenaustauschchromatographie besitzt eine gewisse Ähnlichkeit mit der Säulenchromatographie. Der Trennprozess verläuft ähnlich und man kann ihn kurz zusammengefasst in 4 Stufen darstellen. Zunächst muss der Eluent die Säule blasenfrei passieren, als 2. wird die Probe aufgetragen, als 3. erfolgt die Trennung und als 4. die Detektion. Die Ionenaustauschchromatographie wird für die Trennung und den Nachweis von Ionen eingesetzt, aber auch polare Verbindungen können getrennt und nachgewiesen werden. Im Laufe der Zeit hat die Methode eine Automatisierung erfahren, sie wurde zum Routineverfahren entwickelt. Hier ist das Bild einer Arbeitsstation, bei der ionenchromatographisch getrennt wird. Rechts, sehr schön zu sehen, ist der Fraktionssammler.   2. Die Säule Als Säulenmaterial sind anorganische Materialien weniger geeignet, da die mobile Phase polar ist, besser sind Polymere synthetischer Natur, die sogenannten Ionenaustauschharze. Bei diesen Polymeren Materialien sind bestimmte funktionelle Gruppen aufgepfropft, diese Gruppen bezeichnet man als Ankergruppen. Bei Hydroxylgruppen oder Carbonylgruppen ist der Ionenaustauschharz schwach sauer, bei Phosphorsäureresten oder Schwefelsäureresten ist der Ionenaustauschharz stark sauer. Ist eine primäre Aminogruppe aufgepfropft, so ist der Ionenaustauschharz schwach basisch, bei einer sekundären Aminogruppe, ist der Ionenaustauschharz mäßig basisch, das gleiche gilt für eine tertiäre Aminogruppe, erst quartäre Aminogruppen zeigen stark basisches Verhalten. Saure Ionenaustauscher sind Kationenaustauscher. Bei basischen Ionenaustauschern handelt es sich um Anionenaustauscher.Kommen wir nun zu:   3. Ablauf der Ionenaustauschchromatographie am Beispiel der Trennung von Aminosäuren Zunächst einmal, möchte ich das Schema des apparativen Aufbaus skizzieren. Kommen wir nun zu den einzelnen Bestandteilen. In den beiden Vorratsgefäßen, links oben, befinden sich Puffer A, blau gekennzeichnet und Puffer B, rot gekennzeichnet. Die Puffer bestimmen den pH-Wert und damit auch das Verhalten der Aminosäuren beim Behaften der Säule. Eine Mischung der Puffer führt dazu, dass ein Zwischenwert an pH-Wert erzielt wird. Noch vor der eigentlichen Trennung befindet sich der Ort der Probenaufnahme. Mittig unten sehen wir die Trennsäule, sie ist mit einem Ionenaustauscher befüllt. Nach dem Durchlaufen der Säule wird der zu bestimmende Stoff mit einer UV-Messzelle detektiert. Nach der Signalumwandlung und die Adsorption über die Zeit aufgetragen. Da für uns recht ungewohnt, möchte ich es noch einmal betonen: Puffer sind hier die mobile Phase, Aminosäuren bilden vor allem im sauren Bereich Ionen, durch die pH-Änderung wird die Bildung der Ionen gesteuert, sie verläuft bei jeder Aminosäure in einem etwas anderen pH-Bereich. Der pH-Gradient, das bedeutet, eine allmähliche Änderung des pH-Wertes führt zu einer Trennung der Aminosäuren. Kommen wir nun zum eigentlichen Ablauf. Als 1. wird der Puffer A blasenfrei durch das System und damit auch die Säule geleitet. Der Puffer läuft beständig durch das System, dabei wird 2. die Probe an der bezeichneten Stelle injiziert. Der Puffer A ist so gewählt, dass Protein 1 die Trennsäule verlässt und die UV-Messzelle durchläuft. Nach erfolgter Signalumwandlung wird die Adsorption von Protein 1 visualisiert. Als 2. durchläuft ein Gemisch von Puffer A und B das System. Es bewirkt, dass Protein 2 die Säule verlässt und anschließend die Messzelle durchläuft. Nach erfolgter Signalumwandlung wird Protein 2 visualisiert und schließlich wird 6. reiner Puffer B durch das System geleitet. Im Ergebnis verlässt Protein 3 die Säule und durchläuft die Messzelle. Nach erfolgter Signalumwandlung wird die Absorption von Protein 3 sichtbar gemacht. Selbstverständlich findet eine Fraktionierung der einzelnen Proteine statt, denn man möchte ja im Ergebnis reine Verbindungen erhalten. Kommen wir nun zu:   4. Anwendung der Ionenaustauscher Ionenaustauscher haben ein sehr breites Anwendungsfeld. Sei das nun in der analytischen Chemie oder sei das in der präparativen Chemie. Ionenaustauscher dienen der Herstellung von entionisiertem Wasser, das heißt reinem Wasser. Sie werden verwendet, um reine Stoffe für Maßlösungen herzustellen. Ionenaustauscher werden für die Anreicherung von Ionen verwendet. Besondere Bedeutung hat das bei der Gewinnung wertvoller Metalle. Ionenaustauscher werden bei komplizierten Trennproblemen verwendet. Man verwendet sie für die Trennung von Aminosäuren, Alkalimetallen und Lanthanoiden.   5. Zusammenfassung Die Ionenaustauschchromatographie ist ein wichtiges analytisches und präparatives Trennverfahren. Mit ihrer Hilfe kann man Ionen und polare Verbindungen trennen. Sie besitzt eine Ähnlichkeit mit der Säulenchromatographie, die stationäre Phase hier ist ein Ionenaustauscher, die mobile Phase ist eine polare Flüssigkeit, das kann Wasser sein, aber auch ein Puffer. Die Ionenaustauschchromatographie wird für komplizierte Trennprobleme eingesetzt. Man trennt mit ihr Aminosäuren, Alkalimetalle oder Lanthanoide. Ich danke für eure Aufmerksamkeit. Alles Gute. Auf Wiedersehen.  

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4 Kommentare
  1. 001

    Also, ich bin kein Spezialist für diese Trennungsmethode. Sagen wir mal so: Es spricht nichts dagegen.
    Alles Gute

    Von André Otto, vor mehr als einem Jahr
  2. Default

    Sehr gut erklärt.
    Kann man hier zur Quantifizierung einer Aminosäuren auch, wie bei der GC, mit einer Standard Lösung mittels verschiedener (bekannter) Konzentrationen eine Kalibriergerade erstellen, und an dieser dann durch vergleich der Peakflächen die Konzentration bestimmen?

    Von Flinten, vor mehr als einem Jahr
  3. 001

    Lieber Martin,

    danke. Ich hätte das Experiment in meinem Leben auch mal gerne gemacht...

    Noch viel Erfolg

    André

    Von André Otto, vor mehr als 4 Jahren
  4. Default

    Mensch, ich bin begeistert. Hier findet man jeden Tag neue Videos. Ich hatte vor 3 Wochen genau dieses Experiment gehabt. Mal schauen was es noch so für nützliche Videos, zu den noch kommenden Versuchen, gibt. Wie immer, sehr gut erklärt! Gruß Martin

    Von Mlang1, vor mehr als 4 Jahren