Chromatographie, Elutionsmittel an RP

[Anton Gies]

Sehr geehrter Dr. Funk

ich habe eine weiter Frage an sie . (siehe bitte Anhang Bild)
Das ist eine STEX Frage + dem dazu gehörigem Kommentar.
Dieser erklärt sich mir leider nicht (roter Kasten)

Unpolare Lösungsmittel (n-Hexan) besitzen doch bei RP eine hohe Elutionskraft !!!

Ich hoffe Sie können mich aufklären.

Mfg

[Dr. Christoph Behrendt]

Sehr geehrter Herr Gies,

ich bin zwar nicht der zuständige Kompetenz-Manager, aber ich habe gerade zufällig Ihre Frage gelesen und möchte gerne weiterhelfen.
n-Hexan ist tatsächlich ein selten verwendeter Bestandteil von Elutionsmittelgemischen für chromatographische Trennungen an RP-Phase. Viel häufiger findet ein Gemisch aus kurzkettigem Alkohol und Acetonitril oder gepufferter wässriger Lösung und Acetonitril Anwendung.
Polare Stoffe lassen sich über Normalphasenchromatographie schlecht trennen, da sie über Adsorptionsvorgänge stark an die stationäre Phase binden und sich schwer eluieren lassen (polare mobile Phasen lassen sich auch schlecht einsetzen, da sie zu stark an die Normalphase binden und alle zu trennenden Stoffe verdängen -> keine Trennung).
Um polare Substanzen zu trennen, verwendet man deshalb bevorzugt die RP-Chromatographie, das Trennprinzip der RP-Chromatographie ist: Verteilungsvörgänge, also die Trennung von Substanzen aufgrund ihrer unterschiedlichen Verteilung zwischen mobiler und stationärer Phase. Wenn polare Substanzen auf eine RP-Phase gegeben werden, lösen sie sich schwach in der stationären Phase und besonders gut in polaren Elutionsmitteln (similia similibus sulvuntur). Methanol oder Wasser haben bei Trennung von polaren Susbtanzen die höchste Elutionskraft,
n-Hexan eine schlechte Elutionskraft. Es macht nicht viel Sinn, mit einer unpolaren stationären Phase und einer besonders unpolaren mobilen Phase zu operieren.
Bedenken Sie aber auch, dass es bei sauren oder basischen Substanzen auch sehr stark auf deren Dissoziationsgrad ankommt! Wenn beispielsweise ein saurer Stoff mit saurer wässriger mobiler Phase in Kontakt kommt, wird sich der Stoff in seiner undissoziierten, lipophileren Form wieder besser in der stationären Phase lösen, umgekehrt bei Einsatz von basischer/neutraler wässriger Lösung in der ionischen Form besser in der mobilen Phase. Es kommt also auf mehr Kriterien als nur die elutrope Reihe an. Streng genommen kann man die elutrope Reihe nur für Chromatographien, die auf Adsorptionsvorgängen basieren, anwenden.
Ich hoffe, dass die Erklärung weiterhilft?!
VG
Christoph Behrendt

[Anton Gies]

Danke für ihre ausführliche Erklärung, Herr Behrendt.

Verstehe ich das also richtig, dass n-Hexan aufgrund seiner besonders unpolarer Eigenschaft eine schwache Elutionskraft bei der RP-Chroma. besitzt (widersprüchlich zur elutropen Reihe), da es mit der unpolarer stationären Phase zu stark wechselwirkt und so die zu trennenden Stoffe verdrängt?

Ab wann weiß man den, dass ein unpolares Eutionsmittel ZU unpolar ist, sodass es eine geringe Elutionskraft besitzt, statt eine hohe (auf RP bezogen)?
Ist zB tert.-Butylmethylether auch schon wiederrum zu unpolar, sodass es zu stark mit der RP wechselwirkt und somit auch eine geringe Elutionskraft besitzt oder hat es doch (wie laut elutrope Reihe) eine starke Elutionskraft??

Ich freue mich auf ihre Antwort.

Mfg A. Gies

[Dr. Christoph Behrendt]

Lieber Herr Geis,

nicht das wir uns missverstehen:
Wenn Sie die RP-Phase (und damit meine ich die ganz klassische, sehr lipophile Dodecyl- oder Octadecyl-RP-Phase) betrachten und sie wollen ein unpolares Analytengemische auftrennen, dann eluieren die Analyten bei Verwendung von unpolaren Elutionsmitteln (wie z.B. n-Hexan) deutlich früher und deshalb haben unpolare Lösemittel (wie nach der elutropen Reihe auch zu erwarten!) dann auch die höhere Elutionskraft!
In der Regel trennt man aber, weil es an Normalphase schwieriger ist (Stichwort: Wasserproblem!), besonders gerne polarere Stoffe an RP-Phase. Die RP-Säule hat den Riesenvorteil, dass sie ganz unterschiedliche Derivatisierungen der Kieselgeloberfläche vornehmen können und unterschiedliche funktionelle Gruppen einführen können. Damit können Sie eine mittelpolare (Phenylreste, Cyanoreste etc.) oder sogar eine polare Oberfläche (Aminogruppen, Diolreste etc.) erzeugen. Deshalb ist der Begriff Reverse Phase eigentlich irreführend und viel besser ist es, von modifizierten Kieselgelen zu reden.

Bleiben wir aber bei der häufigsten RP-Phase: Dodecyl- oder Octadecylphase.
Total richtig von Ihnen erkannt, würde es keinen Sinn machen, mit einem Lösemittel wie n-Hexan an dieser Säule zu eluieren, da sich die Analyten vermehrt in die mobile Phase verteilen würden und zu wenig Austauschvorgänge zwischen mobiler und stationärer Phase stattfinden könnten. Eine Diskriminierung eines Analytengemisch wäre schwer realisierbar, die Trennung also sehr schlecht. Wenn Sie (wie man es auch in manchen Lehrbüchern findet), zusätzlich davon ausgehen, dass bei einer RP-Trennung nicht nur Verteilungs- sondern auch Adsorptionsvorgänge eine Rolle spielen, dann trifft Ihr Bild von der starken Wechselwirkung mit der stationären Phase zu. Man stellt sich vor, dass das Elutionsmittel die aktiven Stellen der stationären Phase besetzt und den Analyten verdrängt. Das steht aber gerade nicht im Widerspruch mit der elutropen Reihe und sie haben es sehr gut beschrieben. Auch tert-Butylmethylether wäre in einem solchen Fall keine gute Wahl, das es zu hohe Elutionskraft besäße und den Analyten von der stationären Phase stark verdränge.

Trennen Sie an der besprochenen Umkehrphase ein eher polareres Analytengemisch, dann würde ein Lösemittel, dass die Analyten gut löst, bessere Elutionskraft aufweisen.
Wie sie sehen, trifft die elutrope Reihe in umgekehrter Reihenfolge nur für den Fall , dass sie an einer lipophilen Umkehrphase lipophile Stoffe trennen wollen, absolut zu. Nur wird das eher seltener gemacht. :-)
Das Tolle an der RP-Phase ist, dass sie durch Variation der Kieselgeloberfläche ihre gewünschte stationäre Phase (z.B. auch chirale Phasen!) einfach kreieren können und prinzipiell Analyten mit allen Polaritäten dann trennen können.
Wenn ich mir den MC-Fragen-Kommentar unter den von uns ausgearbeiteten Aspekten noch mal durchlese, bin ich fast geneigt, die Begründung als zu schwammig zu betrachten. Tatsächlich stimmt die Aussage aber, dass n-Hexan selten verwendet.

Ich hoffe, dass ich Ihnen helfen konnte. Falls noch weitere Fragen bestehen, freue ich mich darauf!

MfG
Christoph Behrendt

[Anton Gies]

Jetzt erscheint mir einiges klarer.

Ich bedanke mich sehr für ihre Zeit.

MfG
Anton Gies

[Dr. Markus Funk]

Hallo Herr Gies,

ich sehe gerade, dass Herr Behrendt bereits Ihre beiden Fragen kompetent beantwortet hat. Seiner Meinung kann ich mich nur anschließen, besser hätte ich es nicht erklären können.

Viele Grüße
Markus Funk