Computerunterstützte Methodenentwicklung in der HPLC

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Molnár-Institute for applied Chromatography

Institut für Energie und Umweltechnik e.V.

Im Anschluss daran wurden die Messungen der Temperaturgradienten mit einer Steigung von 1,5 und 4,0 °C/min genutzt, um das Chromatogramm bei Anwendung eines Temperaturgradienten mit einer Steigung von 3,0 °C/min zu simulieren. Abschließend erfolgte der Vergleich der simulierten mit den experimentell ermittelten Retentionsdaten, der für die unterschiedlichen Innendurchmesser der beiden PBD-Trennsäulen bestimmt wurde (s. Abb. 2). Es wird ersichtlich, dass die Differenzen der Retentionszeiten zwischen Drylab-Modell und Experiment mit einer maximalen Abweichung von 13 Sekunden für die 3 mm-ID-Säule und 23 Sekunden für die 1 mm-ID-Säule bei einer Gesamtlaufzeit von 25 Minuten sehr gering sind. Dies wird auch bei Betrachtung des relativen Fehlers deutlich. Dieser beträgt für die Simulation der Retentionszeiten bei Verwendung der 3 mm-ID-Säule 0,2 bis 1,3 Prozent bzw. 0,6 bis 1,5 Prozent bei Verwendung der 1 mm-ID-Säule. Diese Abweichungen sind so gering, dass bei der Simulation von Temperaturgradienten und Nutzung des SIM-HT-HPLC-200-Hochtemperaturofens keine temperaturabhängige Verzögerungszeit berücksichtigt werden muss.

Trennung von Sulfonamiden

Die Leistungsfähigkeit des hier beschriebenen Simulationsmodells soll an einem weiteren Beispiel für eine rein wässrige Trennung von fünf Sulfonamiden gezeigt werden. Dazu wurden zunächst zwei Basismessungen in einem Temperaturbereich von 60 bis 180 °C mit Gradientensteigungen von 2 und 6 °C/min durchgeführt. Die Retentionsdaten wurden dann in die Drylab-Software eingegeben und eine Methodenentwicklung durchgeführt. Abbildung 3 zeigt einen Screenshot des „Gradient Editor“ während der Methodenentwicklung für die Optimierung der Sulfonamid-Trennung. Im oberen Fenster dieses Editors ist der programmierte Temperaturgradient mit den entsprechenden Gradientenpunkten abgebildet. Diese können vom Anwender im Rahmen der Methodenentwicklung entsprechend der Vorgaben wie zum Beispiel der minimal geforderten kritischen Auflösung variiert werden. In dem darunter dargestellten Fenster ist das entsprechende Chromatogramm der Trennung abgebildet, sodass der Anwender direkt erkennen kann, welchen Einfluss Änderungen am Profil des Temperaturgradienten auf die Trennung der Analyten haben. In Abbildung 4 ist das Chromatogramm der optimierten rein wässrigen Sulfonamid-Trennung in einem Temperaturbereich von 60 bis 180 °C mit einer Laufzeit von ca. zwölf Minuten dargestellt (Stationäre Phase: Waters XBridge BEH C18, 75 x 4,6 mm, 2,5 µm; mobile Phase: 100 Prozent deion. Wasser mit 0,1 Prozent HCOOH; Flussrate: 1,0 mL/min, Injektionsvolumen: 1 µL; Detektion: UV bei 270 nm; Temperaturgradient: s. Abb. 4). Die einzelnen Substanzen sind basisliniengetrennt, die kritische Auflösung zwischen Sulfadiazin und Sulfathiazol beträgt 3,4. Um die Präzision der Simulation zu zeigen, ist in Tabelle 1 ein Vergleich der simulierten und experimentell ermittelten Retentionszeiten dargestellt. Dabei werden lediglich sehr geringe Abweichungen zwischen Simulation und Experiment mit einem maximalen relativen Fehler von 1,5 Prozent festgestellt. Neben der präzisen Vorhersage der Retentionszeit muss auch die durch den Anwender vorgegebene Auflösung genau simuliert werden können. Auch dies ist bei Verwendung des zuvor beschriebenen Modells gegeben. Die Auflösung des kritischen Peakpaars in Abbildung 4 (Sulfadiazin und Sulfathiazol) wird mit einem relativen Fehler von 3,2 Prozent sehr präzise vorhergesagt.

Zusammenfassung und Ausblick

Es konnte gezeigt werden, dass eine präzise Vorhersage von Retentionszeiten und kritischer Auflösung bei Anwendung der Temperaturgradientenelution in der Flüssigchromatographie möglich ist. Aufgrund dieser Ergebnisse wird die Drylab-Software in der Version Drylab2010-HT um dieses Modell zur Simulation von Temperaturgradienten erweitert. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass bei Verwendung des SIM-HT-HPLC-200-Säulenofens für die Modellrechnung von Temperaturgradienten keine temperaturabhängige Verzögerungszeit berücksichtigt werden muss. Somit ist dieses Heizsystem ideal für Temperaturgradientenelutionen in der Flüssigkeitschromatographie geeignet.

Dieses Forschungsvorhaben wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi), aus dessen Haushaltsmitteln über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. (AiF) unter der Nummer KF 0087408 DA7 gefördert.

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*Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V., 47229 Duisburg, Tel. **Universität Duisburg-Essen, Fakultät für Chemie/IAC, 47048 Duisburg***Molnár-Institut, 10407 Berlin

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