Größenselektivität

Größenselektivität bezeichnet die Eigenschaft eines Systems oder Prozesses, Teilchen oder Objekte aufgrund ihrer Größe unterschiedlich zu behandeln, zu trennen oder zu transportieren. In der Praxis ermöglicht sie es, Elemente über eine Größenschwelle hinweg zu unterscheiden, zum Beispiel größere Partikel von kleineren zu trennen.

Typische Mechanismen sind Siebung durch definierte Porengrößen, Size-Exclusion in Membranen und Chromatografie, bei denen Partikel größer als der definierte Ausschlussbereich nicht in die inneren Strukturen eindringen können. Auch diffusives Transportverhalten, etwa die Abhängigkeit der Diffusionsgeschwindigkeit vom Radius (Stokes-Einstein), trägt zur Größenselektivität bei.

Anwendungen finden sich in der Filtration (Wasser- und Luftreinigung), der Gel- oder Größenchromatographie (Gel-Filtration) zur Trennung von Biopolymeren nach Größe, der molekularen Siebung in der Polymer- und Nanomaterialproduktion sowie in der Umwelttechnik. In Membranen wird die Größenselektivität durch die Porengröße und die Porenverteilung bestimmt; der sogenannte Cut-off bezeichnet die Größe, ab der Partikel signifikant durchgelassen oder ausgeschlossen werden.

In der Gelchromatographie trennt man Moleküle nach hydrodynamischer Größe, unabhängig von chemischen Eigenschaften. Wichtige Einschränkungen: Größenselektivität wird oft nicht allein durch Größe bestimmt; Form, Flexibilität, Oberflächenladung, Hydratation und Interaktionen mit der Matrize können die Effektivität beeinflussen. Die quantitative Beschreibung erfolgt über Cut-off- oder MWCO-Werte sowie Retentions- oder Selektivitätskennzahlen.