Multidimensionale Chromatographie

Grundprinzip der mehrdimensionalen Trennung

Multidimensionale Chromatographie ist eine effiziente Trennmethode für komplexe organische Stoffgemische. Sie wird eingesetzt, wenn die eindimensionale Chromatographie nicht ausreicht: Zwei oder mehr unterschiedliche Substanzen können dort gleich schnell wandern und deshalb an derselben Stelle landen.

Bei einer zweidimensionalen Dünnschichtchromatographie kann die weitere Trennung in einem zweiten Arbeitsgang erfolgen. Dazu wird die stationäre Phase, also die unbewegliche Trennphase, um 90° gedreht und eine andere mobile Phase verwendet. Die zuvor nicht unterscheidbaren Substanzen können dadurch ebenfalls voneinander getrennt werden.

Umfassende zweidimensionale Chromatographie

Eine zweidimensionale chromatographische Trennung heißt „umfassend“ (comprehensive), wenn drei Bedingungen erfüllt sind:

• Jeder Probenbestandteil wird zwei unterschiedlichen Trennungen unterworfen.
• Gleiche prozentuale Anteile – entweder 100 % oder weniger – aller Probenbestandteile durchlaufen beide Trennsäulen und erreichen den Detektor.
• Die in der ersten Dimension erreichte Auflösung bleibt im Wesentlichen erhalten. Die Auflösung beschreibt, wie gut nahe beieinanderliegende Stoffe getrennt erkennbar sind.

Das dritte Kriterium kann nie vollständig erreicht werden. Der unvermeidliche Auflösungsverlust lässt sich jedoch zum Beispiel durch eine Verringerung der Peak-Verbreiterung minimieren.

Kurzbezeichnungen mit dem Multiplexzeichen

Das Zeichen „x“ kennzeichnet die umfassende zweidimensionale Chromatographie. Es verbindet die beiden Trennmethoden beziehungsweise Dimensionen. Vereinbart wurden Nomenklatur sowie die Verwendung von „comprehensive“, „orthogonal“ und „x“ beim ersten International Symposium on Comprehensive Multidimensional Gas Chromatography am 6.–7. März 2003 in Volendam.

Wichtige Beispiele sind: GCxGC für zweidimensionale Gaschromatographie (2D-GC), GCxGC-FID für 2D-GC mit Flammenionisationsdetektor, GCxGC-MS für 2D-GC mit gekoppeltem Massenspektrometer und GCxGC-TOF-MS für die Kopplung mit einem Flugzeit-Massenspektrometer.

LCxLC bezeichnet zweidimensionale Flüssigchromatographie (HPLC, 2D-LC). Varianten sind LCxLC-MS, LCxLC-TOF-MS und LCxLC-MS/MS mit gekoppeltem Massenspektrometer, Flugzeit-Massenspektrometer beziehungsweise Tandem-Massenspektrometer. Weitere Kombinationen sind LCxSEC für 2D-(Flüssig x Größenausschluss)-Chromatographie, LCxGC für 2D-(Flüssig x Gas)-Chromatographie und SFCxGC für 2D-(Überkritische Fluid x Gas)-Chromatographie. GCxGCxGC steht für dreidimensionale Gaschromatographie (3D-GC). LC-GCxGC und SFC-GCxGC bezeichnen On-line-Kopplungen mit 2D-GC.

Orthogonalität

Die Bezeichnung „orthogonal“ wird in der Literatur für zweidimensionale Trennungen inkonsequent verwendet. In der Mathematik bedeutet orthogonal „senkrecht“, in der Statistik „unabhängig“. In der Chromatographie wurde der Begriff genutzt, um unterschiedliche Trennungstechniken oder Trennmechanismen zu beschreiben.

Für die Analytische Chemie gilt: Trennende Dimensionen sind orthogonal, wenn die jeweiligen Elutionszeiten beider Dimensionen als statistisch unabhängig angesehen werden können. Die Elutionszeit ist die Zeit, nach der ein Stoff die Trennung verlässt.