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Lexikon der Chemie: Permeationschromatographie

Permeationschromatographie, Gelpermeationschromatographie, Ausschlußchromatographie, unkorrekte Bezeichnung Gelfiltration, Verfahren zur Trennung von Molekülen nach ihrer Größe und Gestalt unter Ausnutzung der unterschiedlichen Permeabilität von Gelen für Moleküle verschiedener Größe. In Abhängigkeit von der Porengröße des Gels sind Moleküle mit einem bestimmten Volumen nicht mehr in der Lage, in das Gel einzudringen und werden zuerst eluiert, während kleine Moleküle je nach Art und Gestalt unterschiedlich stark in die stationäre Phase permeieren. Die Elution der getrennten Komponenten erfolgt in der Reihenfolge abnehmender Molekülgröße (Abb. 1).

Die P. kann als Dünnschicht- oder Säulenchromatographie durchgeführt werden.



Permeationschromatographie. Abb. 1: Prinzip der Permeationschromatographie.

Die Auswahl der mobilen Phase richtet sich dabei nach der Art der zu trennenden Substanzen und nach dem Charakter der Gelmatrix (hydrophil oder hydrophob). Gele bestehen aus einer dispergierten Substanz (Gelbildner) und einem Dispersionsmittel, das in der P. gleichzeitig Bestandteil der mobilen Phase ist. Das Gelgerüst dieser Xerogele ist ein dreidimensionales Netzwerk solvatisierter Makromoleküle, die durch Haupt- und Nebenvalenzkräfte (H-Brücken, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, Dispersionskräfte) verbunden sind. Die nach dem Trocknen gebildeten festen Produkte können in geeigneten Lösungsmitteln wieder zu einem charakteristischen Netzwerk quellen. Zu den Xerogelen zählen z. B. das durch Vernetzung des natürlich auftretenden Polysaccharids Dextran gebildete Polydextran-Gel (Abb. 2), vernetzte Polyacrylamid-Gele oder vernetzte Polystyrol-Gele.



Permeationschromatographie. Abb. 2: Polydextran-Gel.

Daneben finden Aerogele Verwendung, die aus einer starren, vorgeformten und nicht quellbaren Matrix bestehen, die auch bei Austrocknung ihre Porosität behält. Beispiele sind poröses Kieselgel, poröses Glas, Xerogel-Aerogel-Hybride sowie Agarose-Gel, das aus über H-Brücken vernetzter Agarose, einem aus Meeresalgen gewonnenen Polysaccharid, besteht.

Gele werden durch Korngröße, Vernetzungsgrad, Quellbarkeit und den Charakter der Matrix gekennzeichnet. Wichtige Kenngröße für das Elutionsverhalten bei der P. ist der Verteilungskoeffizient Kd, der unabhängig von der Geometrie und Packungsdichte des Gelbetts ist. Normalerweise liegt der Nutzungsbereich zwischen Kd = 0 und Kd = 1, wobei größere Kd-Werte gleichbedeutend sind mit einer stärkeren Durchdringung der Gelmatrix.

Die P. dient in biochem., klinisch-diagnostischen oder Industrielaboratorien zur Abtrennung niedermolekularer Stoffe aus Lösungen von Polymeren, wie Proteinen, Peptiden oder Kohlenhydraten, zur Bestimmung von Molekülmassen hochmolekularer Verbindungen, zum Entsalzen von Lösungen sowie zur Gewinnung von Proteinen im präparativen Maßstab.

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