HPLC

Neue Teflon-Materialien helfen bei der Entgasung in der HPLC

06.08.2007 | Autor / Redakteur: Werner Röpke* / Marc Platthaus

Abb. 1 Degaser mit dem neuen Teflon AF Material: nur 0,5 ml Schlauchvolumen sind für eine ausreichende Entgasung in der HPLC nötig.

Gelöste Luft im Eluenten führt zu Problemen bei der Gradientenmischung in der HPLC und erzeugt „Spikes“ in der Detektorzelle. Im Extremfall können sie zu falschen Ergebnissen führen. Die Anwendung so genannter Degaser ist zur Vermeidung solcher Fehler erprobt und eingeführt. Der Einsatz neuer Teflon-Materialien ermöglicht die Entgasung mit deutlich höherer Leistung als bei herkömmlichen Systemen.

Die Anwendung von Online-Entgasungsgeräten so genannten Degasern in der HPLC muss nicht mehr diskutiert werden – die Technik ist erprobt und eingeführt. Der Einsatz neuer Materialien kann aber durchaus noch zu Verbesserungen in der Leistungsfähigkeit dieser Geräte führen. Dies liegt in ihrer Funktionsweise begründet. Für das Entgasen wird eine semipermeable Membran genutzt, in diesem Fall Schläuche aus Teflon. Teflon- bzw. Polytetrafluorethylen (PTFE)-Schläuche sind porös. Diese Eigenschaft hat man sich bei der Degaser-Entwicklung zunutze gemacht, indem ein PTFE-Schlauch in eine Vakuumkammer gebracht und Ein- und Auslass mit Pumpe und Vorratsgefäß verbunden wurden. Durch den außen anliegenden Unterdruck wurden die im Laufmittel gelösten Gase durch die Schlauchwand gezogen. Da das in der Vergangenheit verfügbare PTFE nur eine minimale Porösität aufwies, war es erforderlich, einige Meter Schlauch zu verwenden.

In der Praxis hat man Schläuche mit etwa 0,6 mm Außendurchmesser zu Zehnerbündeln zusammengefasst und diese dann zu Rollen gebunden (s. Abb. 1). Bekanntlich lässt sich PTFE nur sehr schlecht verkleben – man muss es vorher mit einem Plasma oder mit Chemikalien anätzen. Hier nun eine vakuumdichte Verbindung an den Anschlussstellen zu bekommen, war die Herausforderung der Hersteller.

Diese Schlauchbündel-Degaser funktionierten zwar zufriedenstellend, hatten aber entscheidende Nachteile: durch die enorme Länge der Schläuche war das Totvolumen sehr groß. Dies wurde bei Eluentenwechsel von vielen Anwendern nicht beachtet. Bei einem Volumen von 30 ml dauert es eine halbe Stunde, bis bei einem Fluss von 1 ml/min frisches Laufmittel am Ausgang ankommt. Zudem ist der Strömungswiderstand einer solchen langen Leitung nicht unerheblich, was bei größeren Flussraten entscheidend ist. Je schneller eine Pumpe läuft, desto schneller zieht sie die Flüssigkeit aus der Saugleitung. Das wiederum bedingt, dass der Druck dort sinkt, und zwar umso mehr, je höher der Strömungswiderstand ist. Einfach ausgedrückt: je länger die Ansaugleitung, umso mühsamer zieht die Pumpe. Der in der Saugleitung entstehende Unterdruck bewirkt, dass winzigste Luftblasen größer werden, sich zusammenballen und schließlich Störungen in den Ventilen verursachen. Damit fördert die Pumpe nicht mehr im Soll und es entstehen Druckschwankungen. Dies macht den Entgasungseffekt größtenteils wieder zunichte.

Teflon AF bringt Verbesserung

Eine Weiterentwicklung des von Dupont entwickelten PTFEs, das Teflon AF, besitzt eine hundertfach bessere Permeabilität für Gase (s. Abb. 3). Für den Einsatz des neuen Materials in Degasern bringt dies entscheidende Vorteile mit sich.

Für den gleichen Entgasungseffekt werden nun nicht mehr meterlange Schlauchbündel benötigt, sondern nur ein kurzes Stück von knapp 40 cm (s. Abb. 2). Dabei ist der Strömungswiderstand zu vernachlässigen. Um eine ausreichende Entgasung bei hohen Flussraten zu gewährleisten, wird einfach ein entsprechend längerer Schlauch verwendet. In der Praxis haben sich jedoch die erwähnten 40 cm für alle analytischen Arbeiten bis etwa 3 ml/min bewährt. Für den Gradientenbetrieb ist zu beachten, dass die größten Probleme mit Gasblasen bei 50:50 Mischungen auftreten. Beträgt die nominale Flussrate 3 ml/min, liegt sie bei einem 50:50 Verhältnis bei nur 1,5 ml/min pro Kanal, also noch im oberen Leistungsbereich der Entgasung.

Zur Erzeugung des Vakuums dient eine doppelstufige Membranpumpe mit entsprechender Steuerung. Gemäß der heute üblichen Richtlinien für GLP und Rückverfolgbarkeit werden alle relevanten Daten des Degasers dem Anwender in Klartext mitgeteilt: aktueller Unterdruck in der Kammer gegenüber Soll, störungsfreie Betriebszeit seit dem Einschalten, Pump- und Pausenzeit als Parameter für die Dichtigkeit des Systems und Funktion der Vakuumpumpe. Selbstverständlich werden die Daten auch per RS232 an eine Schnittstelle übergeben.

Eine weitere interessante Möglichkeit ist die optionale Slave-Kammer: über einen bis zu einen Meter langen Vakuumschlauch kann eine externe Entgasungskammer angeschlossen werden. So lässt sich auch die Spülflüssigkeit entgasen. Reproduzierbarkeitsmessungen an Autosamplern haben gezeigt, dass sich die Messungen auf diese Weise signifikant verbessern lassen. Die Slave-Kammer wird zwischen Spülmittel-Flasche und Autosampler installiert, wobei diese Zuleitung durch die Kammer nur minimal verlängert wird.

Fazit

Moderne Degaser mit Teflon-AF-Membranschläuchen haben entscheidende Vorteile gegenüber den alten Schlauchbündel-Degasern. Durch ihre deutlich bessere Permeabilität können kürzere Schläuche eingesetzt werden, was zu geringerem Totvolumen und niedrigeren Drücken führt.

W*. Röpke, Techlab GmbH, 38173 Erkerode

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