Chemiekurs on tour (Jan´2018)

WRS beim KIT

Am Mittwoch, den 24. Januar 2018, machten wir, der Chemiekurs der Jahrgangsstufe 2 der WRS, Ettlingen, uns auf den Weg zum KIT in Eckenstein- Leopoldhafen. Das KIT ist das größte deutsche Forschungsinstitut und existiert seit 2006, als sich die Universität und das Forschungszentrum Karlsruhe vereint haben.

Zu Beginn begrüßte uns Dr. Schäfer, ein Dozent der Uni Mannheim und Spezialist im Bereich Molekulargenetik und Biochemie. Er erläuterte uns, was bei dem heutigen Praktikum, Chromatographie auf uns zukommen wird. Zunächst wiederholten wir die verschiedenen Trennverfahren. Daraufhin erklärte Dr. Schäfer die zwei Phasen der Chromatographie, welche auch stationäre und mobile Phase genannt werden. Allgemein kann man sagen, dass die Wechselwirkung in der Chromatographie eine große Rolle spielt. Dr. Schäfer beschrieb diese anhand eines Fluss-Systems, welches sich aus Art des Treibguts, Beschaffenheit des Flussbettes und Strömungsgeschwindigkeit zusammensetzen lässt. Dabei dienen die stationäre Phase zur Verteilung der Analyten und die mobile Phase dem Transport. Ist der Verteilungskoeffizient größer als zwischen den zwei Phasen, führt das zu einer besseren Trennwirkung. Hierbei haben die zwischenmolekularen Kräfte und die Polarität der einzelnen Phasen eine große Bedeutung.image002

Die Dünnschichtchromatographie wird deshalb zur effektiven Trennung von polaren und unpolaren Substanzen verwendet. Hierbei handelt es hier um eine Adsorptions-Desorptions-Wechselwirkung. Bei der Adsorption werden Stoffe an die Grenzfläche der festen Phase angereichert, die Desorption ist die Rückreaktion der Adsorption. Bei der Dünnschicht- Chromatographie verwendet man eine feste Phase auf eine Trägerplatte. Das Adsorptionsmittel der festen Phase besteht häufig aus Kieselgel, welches fein auf der Trägerplatte verteilt wird. Das Verhältnis der Wanderstrecke einer Substanz zur Wanderstrecke des Fließmittels wird Retentionsfaktor (Rf) genannt.

Die nächste Art der Chromatographie ist auch diejenige, die am häufigsten verwendet wird, da sie vielfältig anwendbar ist. Wir sprechen dabei von der Säulenchromatographie. Bei dieser Art wird in der stationären Phase eine Säule mit einer Matrix gefüllt. Bei diesem Verfahren unterscheidet man zwischen zwei Arten, einmal die High Performance Liquid Chromatographie, kurz HPLC, und zum anderen die Fast Protein Liquid Chromatographie, kurz FPLC genannt. Beim HPLC ist die Teilchengröße der stationären Phase kleiner als 50 µm. Durch den hohen Druck in der mobilen Phase, steigt die Durchflussgeschwindigkeit in der Säule. Beim FPLC Verfahren wird mit geringerem Druck gearbeitet.

Als letzte Methode stellte uns Dr. Schäfer die Gaschromatographie vor. Bei dieser Methode wird als mobile Phase ein Inertgas verwendet, meist Stickstoff, Helium oder Wasserstoff. Die Auftrennung eines Stoffgemisches in der Gaschromatographie erfolgt aufgrund der unterschiedlichen Siedepunkte der Einzelsubstanzen. Meistens wird diese spezielle Wechselwirkung der Stoffe in der stationären Phase genutzt, um Substanzen besser trennen zu können. Die Gaschromatographie ist eine Analyse, die Gemische in einzelne chemische Verbindungen trennt. Dies funktioniert aber nur wenn die Stoffe gasförmig sind. Das Gemisch wird mit einem Lösungsmittel gelöst, und wird in den Gaschromatograph gespritzt. Als Laufmittel wird Helium oder Stickstoff zugeführt. Das Gas transportiert, das verdampfte Gemisch durch die Säule (20-30m lang). Am Ende der Säule befindet sich ein Detektor, der die Ankunftszeit und Menge der Stoffe misst und in einem Graphen, als sogenannter Peak (=Ausschlag) anzeigt. Mithilfe des Gaschromatographen konnten wir so im folgenden Praktikum feststellen, wie viel Methanol in unterschiedlichen Schnäpsen enthalten war.

Das zweite Praktikum beschäftigte sich mit der Dünnschicht- und der Säulenchromatographie. Sie trennen beide effektiv die polaren von den unpolaren Substanzen aufgrund der Adsorption- Desorption-Wechselwirkung. Diese führten wir, in Dreiergruppen, mit Pflanzenfarbstoffen durch. Wir zerstampften Blätter mit einem Spatel Seesand und einem Spatel NaHCO3 in einem Mörser. Die entstandene cremige Paste wurde nun auf der DC-Platte in ca. 1 cm Höhe auf einer Bleistiftline aufgetragen. Dieses DC-Platte stellten wir in ein Becherglas mit ca. 3ml Petroleumbenzin/Acetongemisch gefüllt und schlossen es mit einem Deckel. Man konnte beobachten, wie das Gemisch nach oben lief und sich in „Strichen“, die verschiedenen Blattfarbstoffe wie z.B. Chlorophyll a und b auf dem Papier formten. image004

Danach führten wir diese Auftrennung zum Vergleich mit Hilfe der Säulenchromatographie durch. In die Säule musste man immer wieder Petroleumbenzin nachfüllen, da sie nie trocken laufen durfte. Die so aufgetrennten Blattfarbstoffe legten wir einzeln unter eine UV-Lampe. Dort konnte man beobachten, dass sie in unterschiedlichen Violett- bis Rottönen leuchteten. Danach ging es für alle in die Ausstellung, wo uns Herr Vogt mit zwei spannenden Experimenten erwartete. Das erste Experiment, war die Nebelkammer mit der radioaktive Strahlung, die eigentlich für den Menschen mit keinem seiner Sinne wahrnehmbar ist, sichtbar gemacht wird. Es wird unterschieden zwischen α-, β- und γ-Strahlen, die verschiedene Spuren im Nebel ziehen. Das zweite Experiment demonstrierte uns den Supraleiter, ein weiteres Forschungsgebiet im KIT. Insgesamt haben wir das Praktikum alle sehr genossen. Die Experimente hat uns viel Spaß gemacht und die Vorträge waren sehr aufschlussreich und interessant. Wir bedanken und beim KIT für diesen spannenden Tag.

Sarah Becker und Viktoria Gajbach WG 2/1


Chemiekurs am KIT (01_2018)


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