Du möchtest einen Regenbogenkuchen backen. Es gibt zwei verschiedene Packungen von Lebensmittelfarbe. In der günstigen Packung sind Gelb, Rot und Blau enthalten. In der etwas teureren Packung sind zusätzlich auch noch Orange, Grün und Violett vorhanden. Welche kaufst du? Bevor wir dir einen Tipp geben, zeigen wir dir, wie du herausfinden kannst, aus welchen Farben die Lebensmittelfarben sich zusammensetzen. Um das herauszufinden, kannst du die Papier-Chromatographie anwenden. Durch dieses Verfahren werden die einzelnen Farben in den Farbgemischen voneinander getrennt. In diesem Artikel erklären wir dir genauer, was die Papier-Chromatographie ist.
Du brauchst spezielles Papier und ein Lösungsmittel
Wie du bereits im Artikel zur Einführung in die Chromatographie gelernt hast, gibt es bei der Chromatographie immer eine stationäre Phase, die sich nicht bewegt, und eine mobile Phase, die sich durch die stationäre Phase bewegt. Bei der Papier-Chromatographie ist die stationäre Phase das Chromatographie-Papier (fest). Dieses Papier hat viele sehr kleine Poren. Filterpapier (auch Kaffeefilter), Löschpapier oder spezielles Chromatographie-Papier sind so aufgebaut. Durch diese Poren bewegt sich die mobile Phase.
Bei der Papier-Chromatographie besteht die mobile Phase aus einem Lösungsmittel (flüssig) und einem darin gelösten Stoffgemisch. Wenn du ein Lösungsmittel auswählst, ist es wichtig darauf zu achten, worin sich dein Stoffgemisch, das du untersuchen möchtest, überhaupt löst. Bei der Untersuchung der Lebensmittelfarbe für den Regenbogenkuchen kannst du Wasser nehmen. Diese Lebensmittelfarbe löst sich in einem hydrophilen Lösungsmittel. Wenn du Pflanzenfarbe untersuchen möchtest, lösen diese sich nicht alle in Wasser (Abb. 2). Deswegen verwendest du Ethanol.
So führst du die Papier-Chromatographie durch
Wenn du nun die Lebensmittelfarbe für den Regenbogenkuchen untersuchen möchtest, benötigst du Chromatographie-Papier (oder die anderen oben genannten Papieralternativen mit Poren), Lineal, Bleistift, Glas, etwas Wasser und die Lebensmittelfarbe, eventuell brauchst du auch einen Zahnstocher oder ein Kapillarrohr.
- Fülle in das Glas so viel Wasser, dass der Boden weniger als \(\pu{1\,cm}\) hoch bedeckt ist (Abb. 3.1).
- Zeichne mit einem Bleistift eine Linie auf dein Chromatographie-Papier, die einen Abstand von etwa \(\pu{1\,cm}\) vom unteren Rand hat (Abb. 3.2).
- Gib oberhalb der Linie jeweils einen Punkt der einzelnen Farben auf das Chromatographie-Papier (Abb. 3.3). Manchmal sind die Lebensmittelfarben in Tuben mit einer Spitze. Dann kannst du die Punkte wahrscheinlich direkt mit der Tube auf das Papier geben. Ist solch eine Tube nicht vorhanden, kannst du mithilfe eines Zahnstochers oder einem kleinen, ganz feinen Kapillarrohr jeweils Punkte der Lebensmittelfarbe auf das Papier geben. Achte auch darauf, dass die Punkte nicht zu eng aneinander liegen. Verwende sonst lieber ein weiteres Chromatographie-Papier.
- Halte oder stelle das Chromatographie-Papier so in das Glas mit dem Wasser, dass das Wasser die Punkte mit der Lebensmittelfarbe nicht berührt (Abb. 3.4). Außerdem soll das Papier an den Seiten auch nicht das Glas berühren.
- Warte nun, bis sich die Stoffgemische trennen und du die einzelnen Farben erkennen kannst. Das fertige Bild mit den aufgetrennten Farbgemischen heißt Chromatogramm.
Das passiert auf der Teilchenebene
In Abbildung 4 siehst du die Durchführung der Papier-Chromatographie mit einem Ausschnitt, der stark vergrößert die Vorgänge auf der Teilchenebene zeigt. Die Lebensmittelfarbe für den Kuchen ist ein Stoffgemisch ähnlich wie die Farbe eines Filzstiftes. In dem Ausschnitt auf der Teilchenebene siehst du, dass der Strich aus den Molekülen der verschiedenen Farbstoffe besteht. Das Laufmittel steigt durch Kapillarwirkung in dem Chromatographie-Papier auf. Auf der Teilchenebene bedeutet das, dass die Wasser-Moleküle sich durch das Chromatographie-Papier bewegen. Die Bestandteile des Stoffgemischs werden in dem Laufmittel gelöst, sobald das Laufmittel mit der Probe in Berührung kommt. Bei dem Lösevorgang wechselwirken die Moleküle oder Ionen der einzelnen Bestandteile des Stoffgemischs mit den Molekülen des Laufmittels. Zwischen den Molekülen der Farbe und den Wasser-Molekülen treten London-Dispersions-Wechselwirkungen auf.
Neben diesen Wechselwirkungen treten auch Wechselwirkungen zwischen den Molekülen der Lebensmittelfarbe und den Molekülen des Chromatographie-Papiers auf. Die unterschiedlichen Wechselwirkungen treten permanent im Wechsel auf. Je nachdem, wie stark die Wechselwirkungen mit den Molekülen des Chromatographie-Papiers sind, werden die Moleküle der Bestandteile des Stoffgemischs ausgebremst. Das erkennst du daran, dass sich auf dem Chromatographie-Papier manche Farbflecken in einer bestimmten Zeit weniger schnell und weniger weit vom Startpunkt aus entfernen als andere Farbflecken.
Du kannst nicht nur farbige Stoffgemische trennen
Die Papier-Chromatographie kannst du nicht nur für Lebensmittelfarbe und Pflanzenfarbe anwenden. Wir zeigen dir in den Versuchen noch weitere Anwendungsgebiete. In der Organischen Chemie kannst du mit der Papier-Chromatographie auch noch Proteine, Kohlenhydrate und viele weitere Stoffe analysieren. Wenn die Bestandteile der Stoffgemische zunächst farblos sind und du sie auf dem Chromatographie-Papier nicht wie bei der Analyse der Farben sehen kannst, gibt es Reagenzien, die auf das Papier gesprüht werden. Diese Mittel reagieren dann mit den Bestandteilen der Stoffgemische, wodurch sie farbig werden. Durch die nun sichtbaren Punkte kannst du die Bestandteile genau bestimmen. Schaue dir hierzu gerne unseren Versuch zum Nachweis von Aminosäuren an.
Zusammenfassung
Aufgabe
Aufgabe
Führe doch selbst einmal das Experiment durch, welches wir in diesem Artikel beschrieben haben. Entscheide dann: Welche Packung der Lebensmittelfarbe würdest du für deinen Regenbogenkuchen kaufen?