Chempage - Stofftrennung

In diesem Kapitel werden physikalische Trennungsverfahren zur Trennung von homogenen und heterogenen Stoffgemischen erläutert. Die Stofftrennung ist vor allem für die Analyse von Substanzen von Bedeutung, da zur Analyse alle Verunreinigungen und Störungsfaktoren abgetrennt werden müssen. Zur Trennung von heterogenen Stoffgemischen nutzt man die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der Mischungsbestandteilen. Zur Trennung von heterogenen Stoffgemischen werden die folgenden Verfahren angewendet.

1. Sortieren. Beim Sortieren werden die Mischungsbestandteile nach erkennbaren Unterschieden (beispielsweise Farbe) räumlich voneinander getrennt. Eine einfache Methode ist das Sieben, dabei werden die Bestandteile nach Teilchengrößen sortiert. Außerdem gibt es elektrostatische Methoden die zur Trennung von Salzen verwendet werden. Dabei werden die zermalenen Salgemische an elektrostatisch aufgeladenen Platten vorbei geführt. Die Salze laden sich dabei unterschiedlich auf und werden durch die elektrostatischen Platten in verschiedene Behälter geleitet.

2. Durch Sedimentieren und Dekantieren. Beim Dekantieren und Sedimentieren nutzt man die unterschiedliche Dichte von Mischungsbestandteilen aus. Dabei setzt sich die schwerere Substanz (also die Substanz mit der höheren Dichte unten ab) und die leichtere (die Substanz mit der geringeren Dichte) lagert sich darüber ab. Da bei geringen Dichte Unterschieden der Trennungsvorgang sehr lange dauern würde, beschleunigt man die Absetzung durch Zentrifugieren.

3. Filtrieren. Dieses Verfahren findet Anwendung, wenn man eine Flüssigkeit oder ein Gas von kleinen Feststoffpartikeln befreien will. Die Trennung erfolgt an einer porösen Oberfläche, welche die Flüssigkeit oder das Gas hindurch lässt und die Partikel zurück hält. Dieses Verfahren lässt sich durch Druck oder Unterdruck beschleunigen.

4. Extraktion. Bei der Extraktion macht man sich die unterschiedliche Löslichkeit von Substanzen zu nutzen. Durch die Wahl von geeigneten Lösungsmitteln kann man so verschiedene Substanzen voneinander trennen.

5. Abdampfen, Trocknen. Ist eine Substanz leichter zu Verdampfen als die andere, so kann so kann sie durch Erhitzen als Dampf entfernt werden. Manche Stoffe können auch direkt aus dem festen Zustand ( ohne flüssig zu werden) verdampft werden (Sublimation).

Homogene Gemische werden getrennt, indem man sie durch Änderung der physikalischen Bedingungen in ein heterogenes Gemisch überführt und dieses dann trennt. Dies geschieht nach folgenden Methoden:

1. Extraktion. Man kein einen gelösten Stoff aus einer Lösung entfernen, indem man die Lösung mit einer mit ihr nicht mischbaren Lösung Durchschüttelt. Die gelöste Substanz muss sich dabei besser in der zweiten Substanz lösen lassen, so dass man anschließend den Stoff mit Hilfe eines Scheidetrichters abtrennen kann.

2. Kristallisation. Man kann Stoffe welche in reinem Zustand fest sind aus einer Lösung auskristallisieren, indem man die Lösung beispielsweise abkühlt oder Bedingungen wählt bei denen der Stoff nicht mehr löslich ist (pH-Wert verändern, andere Reagenzien hinzugeben).

3. Destillation. Zwei Stoffe, welche sich durch ihren Siedepunkt unterscheiden, lassen sich durch Destillation voneinander trennen. Dazu wird ein Gemisch der beiden Flüssigkeiten erhitz. Der entstehende Dampf wird aufgefangen und abgekühlt. So lässt sich beispielsweise Alkohol von Wasser Trennen, da Alkohol schon bei 69,5°C verdampft, Wasser hingegen erst bei 100°C (unter Standardbedingungen).

4. Chromatographie. Um beispielsweise ein Proteingemisch trennen zu können und analysieren zu können verwendet man die Methode der Chromatografie.

Dazu benötigt man eine Flüssigkeit, in der sich das zu trennende Gemisch befindet. Diese Flüssigkeit bezeichnet man als mobile Phase. Danach wird das Lösungsmittel (mit der gelösten Substanz) am unteren Ende einer beschichteten Glasplatte aufgetragen. Die Beschichtung besteht häufig aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) und wird als stationäre Phase bezeichnet. Danach gibt man die Glasplatte in eine geschlossene Kammer mit Fließmitter. Das Fließmittel wird von der stationären Phase aufgesaugt und wandert langsam aufgrund der Kapillarwirkung nach oben. Wegen der unterschiedlichen Löslichkeit und Adsorptionsfähigkeit der gelösten Stoffe werden diese unterschiedlich schnell vom Fließmittel nach oben transportiert. Sobald das Fließmittel am oberen Ende der beschichteten Glasplatte ankommt muss die Glasplatte aus der Kammer herausgenommen werden, um das Gemisch anschließend analysieren zu können. Dazu werden die einzelnen Bestandteile des Gemisches angefärbt oder unter UV-Licht betrachtet. Anhand der Positionen der Bestandteile auf der Platte kann man mit Hilfe von Datenbanken die Bestandteile bestimmen