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Prinzip der Extraktionschromatographie


Die Extraktionschromatographie kombiniert die Vorteile der Flüssig-flüssig Extraktion, insbesondere deren Selektivität, mit der Geschwindigkeit und einfachen Handhabung der Chromatographie. Die Trennung der Radionuklide basiert dabei auf der Verteilung der Kationen zwischen einer organischen und einer wässrigen Phase (pH neutral oder sauer).  Der Extraktant (organische Phase) ist dabei auf der Oberfläche und in den Poren eines inerten Trägermaterials adsorbiert, und agiert als stationäre Phase.

Schema eines Resin Partikels



Das verwendetet Trägermaterial muss unbedingt inert im Hinblick auf chemische Reaktionen mit der organischen Phase und den extrahierten Kationen sein. Weiterhin muss es in mechanischer Hinsicht stabil sein und eine große spezifische Oberfläche aufweisen.  Darüberhinaus sollte das Material sphärisch sein um eine gute Packung der Partikel zu ermöglichen.

Der Extraktant, welcher die Kapazität des Resins (Harzes) bestimmt, muss eine hohe Selektivität besitzen und stabil im Hinblick auf die für die Trennung  verwendeten Chemikalien und physikalische Einflüsse sein.
Die in der Extraktionschromatographie verwendeten Extraktanten weisen eine große Bandbreite auf, beispielsweise:
-          Saure Extraktanten (z.B. HDEDP), welche Protonen gegen die gesuchten Kationen austauschen
-          Amine und Ammonium-Salze (z.B.  Aliquat 336), welche einfache Anionen gegen anionische Komplexe austauschen
-          Organische Moleküle welche P=O Gruppen enthalten (z.B. CMPO, TBP) welche Wasser Moleküle aus der Hydratationssphäre der Kationen ersetzen
-          Kronenether und Kalixarene welche Kationen spezifischer Größe binden
Oftmals finden auch Diluenten Verwendung um die Bildung von dritten Phasen zu vermeiden oder um die Hydrophobie der stationären Phase zu erhöhen.
 
Die mobile Phase ist in der Regel eine saure Lösung (z.B. salpeter- oder salzsauer). Um eine bessere Elution der gesuchten Kationen oder Anionen zu erreichen können der wässrigen Phase auch verschiedene Komplexbildner (z.B. Flusssäure oder Oxalsäure) zu gesetzt werden.

Der Kapazitätsfaktor k’ ist proportional zum Verteilungskoeffizienten D welcher in der Flüssig-flüssig Extraktion verwendet wird.  Er entspricht dem Volumen welches eingesetzt werden muss um das Peak-Maximum der Elution des Analyten zu erreichen.


V(m) und V(s) sind die Volumina der stationären und der mobilen Phase. Für extraktionschromatographische Trennsysteme werden die Werte für k’ und D nicht direkt über Messung bestimmt, sondern aus dem Gewichtsverteilungskoeffizienten D(w) welcher einfach experimentell bestimmt werden kann, berechnet.  
Der Kapazitätsfaktor k’ wird oftmals in Vielfachen des Totvolumens (FCV) der Säule angegeben, wobei das Totvolumen dem Volumen der stationären Phase im Säuleninneren entspricht. Die Normierung auf das Totvolumen erlaubt es Methoden zu vergleichen welche auf Säulen unterschiedlicher Größe basieren.

Literatur


T.Braun, G. Ghersini, Extraction chromatography, Journal of chromatography Library, Vol. 2  Elsevier Scientific Publishing Company 197
E. Philip Horwitz,Director, PG Research Foundation, Inc. and Senior Consulting Scientist, Eichrom Technologies,
Inc., Darien, IL 60561 USA E.P. Horwitz , Extraction Chromatography of actinides and Selected Fission Products:
 Principles and Achievement of Selectivity, website Eichrom Technologies