Chromatografie der Blattfarbstoffe – Chlorophyll, Carotinoide, Xanthophyll

Chromatografie der Blattfarbstoffe in der Biologie – Chlorophyll, Carotinoide, Xanthophyll

Im Herbst werden die Blätter bunt. Hast du dich schon mal gefragt, wie die Farben in das Blatt kommen? Oder waren sie vielleicht schon vorher da?
Um das herauszufinden, kannst du den Aufbau eines Laubblatts in Bezug auf die enthaltenen Blattfarbstoffe untersuchen.
Du nimmst ein grünes Blatt und untersuchst es hinsichtlich seiner Blattfarbstoffe. Doch wie funktioniert das? Was für Blattfarbstoffe gibt es und welche Stoffe werden bei der Chromatografie von Blattgrün extrahiert? Diesen Fragen gehen wir im folgenden Text auf den Grund.

Was ist die Chromatografie?

Die Chromatografie ist ein Trennverfahren, bei dem Stoffe in ihre Bestandteile getrennt werden. Die Dünnschichtchromatografie ist eine Art der Chromatografie. Was für eine Dünnschichtchromatografie benötigt wird, ist in der folgenden Liste zusammengefasst.

• Dünnschichtchromatografie-Platte (DC-Platte): Glasplatte, auf der die stationäre Phase aufgetragen wird
• Stationäre Phase: Als stationäre Phase kann beispielsweise Kieselgel verwendet werden.
• Probe: die zu untersuchende Probe, die aufgetrennt werden soll
• Glaskapillare: Stäbchen zum punktförmigen Auftragen des Gemisches auf die Startlinie der DC-Platte
• Becherglas: Becherglas, das die mobile Phase enthält und verschlossen ist
• Mobile Phase (Laufmittel): Die Probe wird in einem Lösungsmittel gelöst. Daraus ergibt sich die mobile Phase. Als mobile Phase kannst du beispielsweise eine Mischung aus Petrolether (unpolar), Wasser (polar) und Isopropanol (polar) verwenden. Da das Laufmittel zum großen Teil aus Petrolether besteht, handelt es sich um ein unpolares Laufmittel.

Dünnschichtchromatografie der Blattfarbstoffe

Bei der Durchführung des Versuchs empfiehlt es sich, ein Versuchsprotokoll für die Chromatografie der Blattfarbstoffe zu verwenden, um einen Überblick zu bewahren. Im weiteren Text werden die Durchführung, Erklärung und Auswertung der Chromatografie der Blattfarbstoffe behandelt.

Versuch Chromatografie der Blattfarbstoffe

Damit du die Blattfarbstoffe eines Blatts auftrennen kannst, gibst du die Blätter zunächst in einen Mörser mit einem Gemisch aus Aceton $(\ce{C3H6O})$ und Petrolether (Gemisch aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen). Diese Mischung wird auf den unteren Rand der Dünnschichtchromatografie-Platte mit der stationären Phase aufgetragen. Mit einem feinen Bleistift kannst du die Startlinie kennzeichnen.

Anschließend bereitest du die Chromatografie-Kammer vor: Eine Mischung aus Petrolether mit Wasser und Isopropanol ($\ce{C3H8O}$) gibst du in die Kammer, sodass die Flüssigkeit etwa $\pu{5 mm}$ hoch den Boden bedeckt. Dann schließt du die Kammer und lässt sie einige Minuten stehen. Der Luftraum der Kammer füllt sich nun mit der verdampfenden Flüssigkeit. Man sagt auch, dass der Raum nun mit den Lösungsmitteln gesättigt ist.

Dann stellst du die Chromatografie-Platte in die Kammer.
Achtung: Der Farbstoffextrakt und die Startlinie dürfen nicht in die Flüssigkeit eintauchen.

Alle Versuchsschritte sind dir hier noch einmal zusammengefasst:

• Blätter mit Aceton und Petrolether in einem Mörser zu einem Gemisch zerkleinern
• Extrakt auf die Dünnschichtchromatografie-Platte auftragen und Startlinie kennzeichnen
• Chromatografie-Kammer mit Petrolether, Wasser und Isopropanol bis zu einer Höhe von $\pu{5 mm}$ füllen und die Kammer schließen
• Dünnschichtchromatografie-Platte in die Flüssigkeit eintauchen, sodass sich der Extrakt und die Startlinie nicht in der Flüssigkeit befinden. Der Versuch startet.

Was passiert während der Chromatografie?

Das Lösungsmittel aus der Kammer wandert nun aufgrund der Kapillarkraft entlang der Dünnschichtchromatografie-Platte empor. Die Kapillarkraft ist die Kraft, die auch dafür verantwortlich ist, dass poröse Gegenstände wie Papier oder Stoff Wasser aufsaugen. Weil das Lösungsmittel entlang der stationären Phase läuft, wird es auch als Laufmittel bei der Chromatografie der Blattfarbstoffe bezeichnet. Wenn du nun einige Zeit wartest, kannst du sehen, dass sich die Blattfarbstoffe auftrennen.

Doch warum trennen sich die Farbstoffe überhaupt? Einfach erklärt binden die unterschiedlichen Farbstoffe unterschiedlich stark an Lösungsmittel bzw. stationäre Phase. Dadurch werden sie unterschiedlich stark von dem Lösungsmittel entlang der Dünnschichtchromatografie-Platte mitgezogen. Farbstoffe, die sich gut in dem Lösungsmittel gelöst haben, befinden sich weit oben in dem Chromatogramm. Das Chromatogramm ist das Ergebnis der Chromatografie.

Bei dem Versuch haben wir ein stark unpolares Lösungsmittel und eine polare stationäre Phase verwendet. Somit lösen sich unpolare Blattfarbstoffe sehr gut und befinden sich im Chromatogramm weit oben.

Wenn du genau verstehen möchtest, was bei einer Dünnschichtchromatografie passiert, kannst du dir das zugehörige Video dazu ansehen.

Getrennte Blattfarbstoffe im Chromatogramm

Am Ende des Versuchs sind auf der Dünnschichtchromatografie-Platte orange, grüne und gelbe Farbstoffe zu erkennen. Die grünen Blattfarbstoffe heißen Chlorophylle. Die orangefarbenen Farbstoffe werden als Carotine und die gelben als Xanthophylle bezeichnet.

Auf dem Chromatogramm sind die verschiedenen Farbstoffe als sogenannte Banden zu sehen. Ganz oben befindet sich das goldgelbe Carotin. Dieses ist also sehr unpolar. Das Carotin hat sich gut in dem unpolaren Lösungsmittel gelöst und ist bis nach oben mitgewandert.
Darunter befinden sich die grünen Farbstoffe (Chlorophylle). Diese bestehen aus dem olivgrünen Phäophytin, dem blaugrünen Chlorophyll a und dem gelbgrünen Chlorophyll b.
Ganz unten findet man die gelben Xanthophylle. Diese sind sehr polar. Das Ergebnis, also das Chromatogramm, ist hier in dem Bild zu sehen:

Welche Funktion haben die Blattfarbstoffe?

Mit der Dünnschichtchromatografie können also die einzelnen Blattfarbstoffe aufgetrennt werden. Doch welche Funktionen haben die einzelnen Farbstoffe? In der Tabelle kannst du sehen, welche Funktionen die Blattfarbstoffe haben.

Im Herbst müssen die Bäume Energie sparen und weniger Fotosynthese betreiben. Deshalb ziehen sie das Chlorophyll aus den Blättern. Wenn die Blätter sich im Herbst bunt verfärben, wird der grüne Farbstoff Chlorophyll abgebaut und die anderen Farbstoffe des Blatts werden sichtbar. Mit der Chromatografie kannst du diese Farbstoffe auftrennen.

Dieses Video

In diesem Video lernst du, wie du die Blattfarbstoffe mithilfe der Dünnschichtchromatografie trennen kannst. Du erfährst, was Carotine, Xanthophylle und Chlorophylle sind. Bei dem Dünnschichtchromatografie-Verfahren lösen sich die Farbstoffe unterschiedlich stark in den Lösungsmitteln und werden deswegen aufgetrennt. Als Ergebnis erhältst du ein Chromatogramm, aus dem du ermitteln kannst, welche Blattfarbstoffe ein Blatt enthält. Ein Blatt enthält die grünen Chlorophylle, die gelben Carotine und die orangefarbenen Xanthophylle.

Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben, um dein erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!