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Flüssigchromatographie

Bessere Effizienz in der HPLC durch Temperaturerhöhung?

| Autor / Redakteur: Frank Steiner* und Katherine Lovejoy* / Marc Platthaus

Abb.1: Vergleich der van-Deemter-Kurven für das Corticosteroid Budesonid bei 30 °C und 50 °C ... (Ausschnitt)
Abb.1: Vergleich der van-Deemter-Kurven für das Corticosteroid Budesonid bei 30 °C und 50 °C ... (Ausschnitt) (Bild: Thermo Fisher Scientific)

Der Druck ist in der HPLC sicherlich der physikalische Parameter, den die Anwender immer im Blick haben, wenn es um die Effizienz einer Trennung geht. Lesen Sie, welche Auswirkungen Temperaturänderungen bei der Flüssig- chromatographie haben.

In der Chromatographie wirkt sich die Temperatur einerseits auf Retention und Selektivität aus, andererseits auf die für die Geschwindigkeit und Effizienz von Trennungen wichtigen Massentransportprozesse. Diese kinetischen Aspekte von Temperaturänderungen werden hier praxisnah beleuchtet. Die van-Deemter-Gleichung beschreibt den Zusammenhang zwischen Bandenverbreiterung oder Dispersion in der Trennsäule (gemessen als Bodenhöhe H) und Lineargeschwindigkeit u der mobilen Phase, also Geschwindigkeit der Trennung. Sowohl bei der axialen Verbreiterung des Peaks durch Diffusion (Longitudinaldiffusion, B-Term) als auch beim Massentransport des Analyten zwischen mobiler und stationärer Phase (C-Term) spielt der Diffusionskoeffizient Dm eine entscheidende Rolle und er steigt mit zunehmender Temperatur. Interessant ist dabei, dass sich die Longitudinaldiffusion zwar verstärkt (negativer, Peak-verbreiternder Effekt), der beschleunigte Massentransport die Trennung bei hohen Geschwindigkeiten aber günstig beeinflusst (positiver Effekt).

Mathematisch drückt sich dies in der van-Deemter-Gleichung so aus, dass der Diffusionskoeffizient (Dm) beim B-Term im Zähler steht, beim C-Term hingegen im Nenner.

Thermo Fisher Scientific
Thermo Fisher Scientific

Betrachten wir den Einfluss der Temperatur auf van-Deemter-Kurven an einem Beispiel. Abbildung 1 zeigt die deutlich verschiedenen Kurven für HPLC-Läufe des Pharma-Wirkstoffs Budesonid auf einer oberflächlich porösen stationären Phase (Solid Core) mit 4 µm Teilchendurchmesser bei den Temperaturen 30 °C und 50 °C. Die erhöhte Temperatur lässt den C-Term flacher werden, mit größerer Lineargeschwindigkeit steigt die zusätzliche Bandenverbreiterung also weniger stark an. Gleichzeitig ist der B-Term bei 50 °C ausgeprägter. Beide Effekte verschieben das Minimum der Kurve deutlich zu höheren Lineargeschwindigkeiten. So resultiert als Anwendernutzen die beste Effizienz (Minimum) bei schnellerer Trennung. Zusätzlich ist die Einbuße der Effizienz weniger ausgeprägt, wenn die Geschwindigkeit weiter gesteigert wird.

Bedeutet dies, dass mit einer Temperaturerhöhung automatisch eine Verbesserung der Trennleistung verbunden ist? Wenn die hier beschriebene Methode bei 30 °C bereits bezüglich ihrer Lineargeschwindigkeit optimiert wurde (Minimum der Kurve), so liegt die Lineargeschwindigkeit bei 0,25 mm/s und es wird eine Bodenhöhe von 7,7 µm erzielt. Auf der verwendeten 150 mm langen Säule beträgt die Bodenzahl dann 19 000. Wird die Temperatur jetzt auf 50 °C erhöht, so nimmt die Dispersion wegen des stärker werdenden B-Terms sogar zu (H = 8,3 µm) und die Bodenzahl sinkt auf 18 100, also der gegenteilige Effekt einer schlechteren Effizienz stellt sich ein. Muss deshalb mit der Temperaturerhöhung also stets die ­Lineargeschwindigkeit zu höheren Werten angepasst werden? Grundsätzlich kann dies nicht schaden. Betrachten wir aber den Fall, dass die Geschwindigkeit der Methode bei niedriger Temperatur sich bereits weit im C-Term befindet. Wird bei der 10-fachen Geschwindigkeit von 2,5 mm/s die Temperatur von 30 °C auf 50 °C erhöht, so sinkt die Bodenhöhe von 18,5 µm auf 15,1 µm, damit steigt die Bodenzahl von 7900 auf 10 000 Böden deutlich an. Hier stimmt also die Annahme, dass höhere Temperatur sich positiv auf die Effizienz auswirkt. Hat dies jedoch zwingend einen positiven Einfluss auf die chromatographische Auflösung?

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