LaborPraxis: Wie schätzen Sie den derzeitigen Bedarf an Acetonitril in Deutschland einerseits für den Laborbereich und andererseits für die chemische Industrie ein?

Klaus-Dieter Bischoff: Der Bedarf an Acetonitril in Deutschland ist sehr groß. Dabei ist die in den analytischen Laboratorien benötigte Menge gemessen am Gesamtbedarf noch gering. Von dieser kleinen Menge stellt der Bedarf für die HPLC den größten Anteil dar. Weitaus größere Volumina werden bei der Synthese pharmazeutischer Wirkstoffe benötigt. Vor allem bei der Synthese von Peptiden wird nahezu ausschließlich Acetonitril eingesetzt.

LaborPraxis: Wo liegen die Ursachen für die derzeitige Acetonitril-Knappheit?

Stefan Lamotte: Da Acetonitril nicht synthetisch hergestellt wird, sondern als Nebenprodukt mit drei bis sechs Prozent bei der Herstellung von Acrylnitril und Polyacrylnitril (PAN) in der Kunststoff- und Faserherstellung anfällt, hängt die Ursache auch mit der Weltwirtschaftskrise, den starken Umsatzeinbrüchen und der Krise der Automobilindustrie zusammen. Durch den weltweit stark gesunkenen Bedarf an diesen Kunststoffen und Fasern haben die Hersteller ihre Anlagen gedrosselt oder gar ganz stillgelegt, sodass nicht mehr genügend Acetonitril anfällt.

LaborPraxis: Wie lange wird der Engpass an Acetonitril voraussichtlich anhalten?

Klaus-Dieter Bischoff: Diese Frage ist nicht so einfach zu beantworten. Der Engpass besteht sicherlich noch bis Ende 2009. Aber auch danach ist mit einer deutlichen Entspannung der Lage nicht zu rechnen. Niemand kann einschätzen, wie lange die Krise anhält und die Herstellung von Acrylnitril weltweit künftig reduziert werden soll.

LaborPraxis: Welche Alternativen zum Acetonitril stehen dem Labor zur Verfügung?

Stefan Lamotte: Acetonitril ist in seinen physikochemischen Eigenschaften ideal geeignet für die HPLC. Es besitzt eine niedrige Viskosität und weist eine hohe Transmission im UV-Bereich auf (UV cut-off bei 195 nm). Ferner ist es ein aprotisches Lösemittel, das in Abhängigkeit vom Trennproblem ideal für die Selektivität bei der HPLC-Trennung ist.

Eine Alternative ist die Verwendung von Alkoholen . Diese durchlaufen jedoch bei der Mischung mit Wasser ein Viskositätsmaximum und führen zu einem erhöhten Druckabfall über der Trennsäule. Zusätzlich ist die UV-Durchlässigkeit ungünstiger (UV cut-off von Methanol liegt bei 205 nm), und die Selektivität der Trennung wird in der Regel beeinflusst. Weitere alternative Lösemittel sind entweder extrem toxisch wie Propylnitril, weisen eine zu geringe UV-Durchlässigkeit auf wie THF oder Aceton oder sind bereits nicht mehr vollständig mit Wasser mischbar, z.B. Ethylacetat . Als wirklich einsetzbare Alternative zu Acetonitril bleiben nur die Alkohole Methanol und Ethanol für die Umkehrphasen- oder RP-Chromatographie.

LaborPraxis: Welche Lösungen existieren, um auf die Knappheit zu reagieren und den Verbrauch an Acetonitril zu senken?

Stefan Lamotte: Den Innendurchmesser der Säule zu reduzieren, ist die einfachste Möglichkeit Acetonitril einzusparen. Hierbei kann die Methode beibehalten werden. Es muss lediglich der Fluss und die Injektionsmenge angepasst bzw. reduziert werden. Bei einem Wechsel der Säule mit einem Innendurchmesser von 4.6 mm auf 3 mm lassen sich bereits 57 Prozent Lösemittel einsparen. Ändert man zusätzlich noch die Partikelgröße der HPLC-Säulenfüllung, kann gleichzeitig die Länge der Säule reduziert und weiteres Acetonitril eingespart werden. Wechselt man z.B. von einer 150 mm langen Säule mit 5 µm Partikeln zu einer 100 mm langen Säule mit 3 µm Partikeln, können weitere 33 Prozent Lösemittel und damit Acetonitril eingespart werden. Mit einfachen Mitteln lassen sich so insgesamt bis zu 72 Prozent Acetonitril einsparen. Die Reduzierung des Innendurchmessers, der Säulenlänge und die Verkleinerung der Partikelgröße lassen sich jedoch nur in sinnvollen Grenzen betreiben. Die Praxis zeigt, dass eine Reduzierung des Innendurchmessers bis auf 3 mm und die Reduzierung der Länge bis auf 75 mm problemlos mit allen gängigen HPLC-Geräten möglich ist. Dimensionen, die diese Abmessungen unterschreiten, sind lediglich auf Volumen-optimierten HPLC-Anlagen verwendbar. Viele Anwender trauen sich nicht, ihre bestehenden, meist validierten Methoden zu verändern, obwohl die US Pharmacopeia (USP) und auch die Europäische Pharmacopeia (EP) ausdrücklich Änderungen in gewissen Grenzen zulassen. So dürfen beispielsweise die Länge und der Innendurchmesser der Trennsäule um 25 Prozent nach oben oder nach unten von der in der Methode festgeschriebenen Säule abweichen. Auch der Teilchendurchmesser der beschriebenen Trennsäule kann um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Der erlaubte und ohne Re-Validierung mögliche Wechsel von einer 250 x 4 mm Säule mit 5 µm Teilchen zu einer 200 x 3.0 mm Säule mit 3 µm Teilchen reduziert den Bedarf an Acetonitril um 55 Prozent. Wir haben einen Säulenrechner (Column Econ o Calculator) entwickelt, der berechnet wie viel Lösemittel sich bei Änderung der Säule einsparen lässt und ob man sich noch innerhalb der von USP und EP erlaubten Grenzen befindet. Der Rechner kann bei uns kostenlos angefordert werden. Auch für individuelle Beratung stehen wir gerne zur Verfügung.

Klaus-Dieter Bischoff: Eine weitere Möglichkeit stellt der Wechsel des Lösemittels von beispielsweise Acetonitril nach Methanol dar. Dieser ist nicht immer so trivial, da es in vielen Fällen zu Selektivitätsänderungen kommt. Wir haben jedoch auch hier mit der POPLC die Möglichkeit, die Säule auf die verwendete mobile Phase anzupassen und zielgerichtet die ideale Trennsäule für jedes Trennproblem und jede mobile Phase zur Verfügung zu stellen. Mit der POPLC lassen sich die meisten Methoden in isokrate Methoden umwandeln. Dadurch bietet sich zusätzlich die Möglichkeit, das verwendete Lösungsmittel zu recyceln, sodass wieder Lösungsmittel gespart werden kann.

LaborPraxis: Wie wird sich der Bedarf an Acetonitril entwickeln?

Klaus-Dieter Bischoff: Der Bedarf an Acetonitril kann sich nur längerfristig ändern. Viele Anwender entwickeln ihre Methoden weiter und weichen auf andere Lösemittel aus, um sich nicht nochmals der Gefahr einer Acetonitril-Knappheit aussetzen zu müssen. Die physikochemischen Eigenschaften von Acetonitril sind jedoch so verführerisch, dass der Anwender in der HPLC versuchen wird, Acetonitril beizubehalten. Durch die Verwendung von Micro- und Nanomethoden und den Einsatz kleinerer Teilchen wird er versuchen, dies zu ermöglichen. Die heute auf dem Markt erhältlichen HPLC- und UHPLC–Geräte sind bereits für diese Methodik optimiert. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass der Bedarf an Acetonitril in der modernen Trenntechnik langfristig sinken wird. Dabei ist die Säule und nicht das Gerät der bestimmende Faktor.