Gelfiltration – eine spezielle Art der Chromatographie

Vor allem in der Organischen Chemie und der Biochemie kann es notwendig sein, ein Gemisch aus Proteinen oder Kohlenhydraten zu trennen. Die “einfachste” Methode ist hier eine chromatographische Methode. Da Proteine oder auch Kohlenhydrate teilweise sehr empfindlich sind (z.B. gegen Hydrolyse muss hier ein “schonendes” Trennungsverfahren gewählt werden. Ein solches, schonendes Trennverfahren ist die Gelfiltration, ein spezielles chromatographisches Trennverfahren für Proteine und Kohlenhydrate.

Zur Erinnerung – neben der klassischen Chromatographie (die auf den Prinzipien der Adsorption zwischen mobiler und stationäre Phase basiert), gibt es folgende weiter chromatographische Trennverfahren:

  • Ionenaustauschchromatographie – Trennung nach Ladung der Gemischbestandteile
  • Gelfiltration – Trennung nach Molekülgröße der Gemischbestandteile
  • Verteilungschromatographie Trennung nach Molekülpolarität der Gemischbestandteile

Bei der Gelfiltration wird in der Trennsäule ein poröses Gel verwendet, dass wie ein (Molekular)sieb wirkt. So lassen sich unterschiedliche Komponenten eines Gemisches anhand der unterschiedlichen Molekülgröße trennen. Moleküle, die einen größeren Durchmesser als die Poren (in dem Gel) werden nicht von dem Gel aufgenommen und wandern daher in der mobilen Phase schnell durch die Säule. Kleine Moleküle dringen in die Poren des Gels ein und kommen dadurch nicht so schnell in der mobilen Phase “vorwärts” wie die Moleküle mit großem Durchmesser.

Die Gelfiltration – Grundlagen

Wie eingangs erwähnt, basiert die Gelfiltration aufgrund von unterschiedlichen Molekülgrößen bzw. Durchmessern. Die Gele in den Chromatographie-Trennsäulen sind vergleichbar einem Sieb, dass größere Moleküle mit der mobilen Phase “vorbeilassen” und kleinen Moleküle abtrennt. Da man die Porengröße des Gels wählen kann, kann man die Gelfiltration oft auch zur Abtrennung von Verunreinigungen (kleinen Molekülen) verwenden. Da hier eine Trennung zwischen kleinen und großen Molekülen erfolgt, wird die Gelfiltration oft auch als Ausschlusschromatographie oder als Gelchromatographie bezeichnet. Auch wenn der Vergleich zu “vereinfachend” ist, kann man die Gelfiltration mit der Wirkung eines Siebes vergleichen, allerdings in reziproker Weise (das Sieb trennt große Bestandteile ab und lässt kleine Bestandteile durch).

Da bei der Gelfiltration keine Trennung durch chemische (z.B. Hydrolse) oder physikalische (z.B elektrisches Feld) Methoden erfolgt, ist die Gelfitration eine sehr schonende Methode zur Trennung von Gemischen. Daher verwendet man auch gerne die Gelfiltration zur Auftrennung von Proteinen und Kohlenhydraten.

Wie bereits erwähnt, basiert das Prinzip der Gelfiltration auf einem porösen Gel, mit dem eine Chromatographie-Säule bestückt ist. Dieses poröse Gel dient als stationäre Phase (das Gel “bewegt” sich nicht mit der mobilen Phase, dem sogenannten Eluationsmittel). Bewegen sich nun Moleküle unterschiedlicher Molekülgrößen in der mobilen Phase über dem Gel, der stationären Phase, so dringen Moleküle mit kleinem Durchmesse in die Poren ein, während Moleküle mit größerem Durchmesser ohne “Behinderung” sich in der mobilen Phase weiterbewegen. Daher wandern größere Moleküle mit der mobilen Phase auch schneller durch die Säure, als kleiner Moleküle (Durchmesser kleiner, als der Porendurchmesser).

Daher gilt natürlich auch, dass je kleiner der Durchmesser eines Moleküls ist, desto mehr benötigt man an Eluationslösung, um diese Moleküle komplett durch die ganze stationäre Phase zu bewegen. Hieraus “misst” man das sogenannte Eluationsvolumen, d.h. man misst, welches Volumen (an Eluationslösung = mobile Phase) notwendig ist, um diese Molekülart durch die komplette Säule zu “eluieren”. Zusätzlich bestimmt man auch Zeit, wie lange die Eluation dauert. Anschließend kann man anhand bekannter Eluationsvolumina oder Eluationsdauer Rückschlüsse auf die Molekülgröße bzw. tabellierte Verbindungen ziehen.

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Allgemeine Chemie