Chemie · Klasse 12

Ideen für aktives Lernen

Chromatographische Trennverfahren

Aktives Experimentieren macht die unsichtbaren Kräfte hinter chromatographischen Trennverfahren greifbar. Durch eigenes Beobachten und Messen verstehen Schülerinnen und Schüler, wie scheinbar ähnliche Stoffe durch unterschiedliche Wechselwirkungen getrennt werden.

• KMK Bildungsstandards
• KMK: SEC-II-EG
• KMK: SEC-II-BW

• 30–60 Min.
• Partnerarbeit → Ganze Klasse
• 4 Aktivitäten

Aktivität 01

• Fallstudienanalyse
• 50 Min. · Kleingruppen

Praktikum: DC mit Tintenfarbstoffen

Schüler bereiten DC-Platten vor, applizieren Tintenproben mit Kapillare, entwickeln in einer Kammer mit Eluent und berechnen Rf-Werte. Nach Trocknen vergleichen Gruppen die Ergebnisse mit bekannten Stoffen. Dokumentation per Foto und Skizze.

Worauf beruht die unterschiedliche Affinität von Stoffen zur stationären Phase?

Moderationstipp

Lassen Sie die Schülerinnen und Schüler beim Praktikum DC die Kapillarwirkung selbst einstellen und dokumentieren, wie sich die Tintenfarbstoffe unterschiedlich schnell ausbreiten.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern ein vereinfachtes Chromatogramm einer Farbstoffmischung zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Retentionszeiten der einzelnen Peaks zu identifizieren und zu notieren. Fragen Sie anschließend, welche Peaks wahrscheinlich zu Substanzen mit ähnlicher Polarität gehören, basierend auf der Trennung.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 02

• Lernen an Stationen
• 45 Min. · Kleingruppen

Lernen an Stationen: GC-Simulation mit Modell

Vier Stationen: Vorbereitung (Injektion simulieren), Trennung (Luftströmung mit Markern), Detektion (Peak-Zeichnen), Auswertung (Retentionszeit messen). Gruppen rotieren, notieren Daten und diskutieren Unterschiede zu DC.

Wie liest man ein Chromatogramm (Retentionszeit, Peakfläche)?

Moderationstipp

Verwenden Sie bei der GC-Simulation ein einfaches Modell mit Luftballons als Gasbehälter, um die Bedeutung der mobilen Phase für die Trennung sichtbar zu machen.

Worauf zu achten ist

Geben Sie jedem Schüler eine Karte mit einer der drei chromatographischen Methoden (DC, GC, HPLC). Die Schüler sollen auf der Karte kurz erklären, für welche Art von Proben (fest, flüssig, gasförmig; polar, unpolar; flüchtig, nicht flüchtig) diese Methode am besten geeignet ist und warum.

• Erinnern
• Verstehen
• Anwenden
• Analysieren
• Selbststeuerung
• Beziehungsfähigkeit

Aktivität 03

• Fallstudienanalyse
• 30 Min. · Partnerarbeit

HPLC-Analyse: Virtuelles Chromatogramm

Mit Software laden Schüler reale HPLC-Daten, identifizieren Peaks nach Retentionszeit, integrieren Flächen für Quantifizierung. Paare vergleichen mit Dopingbeispielen und berichten.

Welche Methode eignet sich für die Dopinganalytik?

Moderationstipp

Fordern Sie die Lernenden bei der HPLC-Analyse auf, virtuelle Chromatogramme mit unterschiedlichen Druckeinstellungen zu vergleichen, um den Einfluss der stationären Phase zu erkennen.

Worauf zu achten ist

Leiten Sie eine Diskussion über die Dopinganalytik. Fragen Sie: 'Warum ist die genaue Bestimmung von Retentionszeiten und Peakflächen bei der Dopingkontrolle so entscheidend? Welche chromatographische Methode würden Sie für die Analyse von Steroiden im Urin vorschlagen und warum?'

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Aktivität 04

• Fallstudienanalyse
• 60 Min. · Kleingruppen

Detektivarbeit: Gemischtrennung

Schüler erhalten unbekannte Farbstoffmischungen, wählen geeignete Chromatographie, trennen und identifizieren Komponenten. Präsentation der Ergebnisse im Plenum.

Worauf beruht die unterschiedliche Affinität von Stoffen zur stationären Phase?

Moderationstipp

Geben Sie den Schülern beim Detektivarbeit-Experiment ein unbekanntes Gemisch und lassen Sie sie durch systematisches Testen die richtige Trennmethode finden.

Worauf zu achten ist

Stellen Sie den Schülern ein vereinfachtes Chromatogramm einer Farbstoffmischung zur Verfügung. Bitten Sie sie, die Retentionszeiten der einzelnen Peaks zu identifizieren und zu notieren. Fragen Sie anschließend, welche Peaks wahrscheinlich zu Substanzen mit ähnlicher Polarität gehören, basierend auf der Trennung.

• Analysieren
• Bewerten
• Erschaffen
• Entscheidungsfähigkeit
• Selbststeuerung

Einige Hinweise zum Unterrichten dieser Einheit

Fokussieren Sie sich auf die Konzepte hinter den Methoden, nicht auf die Geräte selbst. Vermeiden Sie reine Bedienungsanleitungen – stattdessen sollten die Schüler verstehen, warum eine Methode für eine bestimmte Trennung geeignet ist. Nutzen Sie Alltagsbeispiele wie die Trennung von Lebensmittelfarben oder die Analyse von Umweltproben, um die Relevanz zu verdeutlichen.

Am Ende der Einheit können die Lernenden die Prinzipien der stationären und mobilen Phase erklären, Retentionsfaktoren berechnen und Methoden wie DC, GC und HPLC für konkrete Trennprobleme auswählen. Ihre Erklärungen stützen sich auf gemessene Daten und beobachtete Muster.

---

Vorsicht vor diesen Fehlvorstellungen

• Während des Praktikums DC mit Tintenfarbstoffen beobachten einige Schüler, dass alle Farben gleich schnell wandern.

  Nutzen Sie die gemessenen Rf-Werte der verschiedenen Tintenfarbstoffe, um gemeinsam zu analysieren, wie die Polarität der Farbstoffe und des Lösungsmittels die Wanderungsgeschwindigkeit beeinflussen.

• Während der Stationen GC-Simulation mit Modell wird oft angenommen, dass die Trennung nur vom Gasdruck abhängt.

  Lassen Sie die Schüler die Gasflaschen und Detektoren variieren und beobachten, wie sich die Retentionszeiten ändern – dabei wird deutlich, dass die Affinität zur stationären Phase entscheidend ist.

• Bei der HPLC-Analyse: Virtuelles Chromatogramm wird die Peakfläche oft als rein zufällig betrachtet.

  Lassen Sie die Schüler die virtuellen Chromatogramme mit unterschiedlichen Konzentrationen desselben Stoffes erstellen und die Flächen auswerten, um den direkten Zusammenhang mit der Konzentration zu erkennen.

---

In dieser Übersicht verwendete Methoden

• Fallstudienanalyse
• Lernen an Stationen