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Chromatographie mit überkritischen Fluiden

Kann die SFC als grüne Technik die HPLC verdrängen?

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Aber nicht nur bei präparativen Arbeiten kann die SFC ihre Vorteile ausspielen. In der Kombination mit massenspektrometrischen Detektoren kommt die Aufkonzentrierung durch das verdampfende CO2 ebenfalls einer hochempfindlichen Detektion zu Gute. Nach dem Austritt aus dem Chromatographiesystem entspannt sich das komprimierte Kohlendioxid und geht wieder in den gasförmigen Zustand über. Die Analyten verbleiben in den geringen Mengen an zugegebenem Modifier, sodass deutlich weniger Lösungsmittelanteil in die Quelle des Massenspektrometers eingetragen wird und somit eine effektivere Ionisierung erfolgen kann.

Ein weiterer, erheblicher Punkt sind die veränderten Elutionseigenschaften der SFC gegenüber der klassischen RP-HPLC. Durch die unpolaren Eigenschaften des CO2 ähnelt eine SFC-Trennung eher der NP-HPLC – sowohl von den gängigen verwendeten Säulen als auch von den Elutionsreihenfolgen. Damit eröffnet sich durch die SFC die Möglichkeit, eine orthogonale Trennmethode zur RP-HPLC zu etablieren.

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Die klassischen SFC-Säulen unterscheiden sich dabei stark von der in der RP-HPLC typischen C18-modifizierten Säule. SFC-Säulen sind im Allgemeinen eher polar, sodass selbst pures Silicagel Anwendung findet. Die am häufigsten in Publikationen und Forschungsarbeiten eingesetzte Säule ist beispielsweise eine 2-Ethylpyridin-Säule, aber auch andere Funktionalitäten wie Diol-, Cyano- oder Amidsäulen sind mittlerweile in speziellen SFC-geeigneten Versionen kommerziell erhältlich.

Ein Bereich, in dem sich die SFC bereits seit den 1980er Jahren etabliert hat, ist die Trennung chiraler Verbindungen. Dort, wo die HPLC oft an ihre Grenzen stößt, kann die SFC durch ihre besonderen Eigenschaften zu deutlich verbesserten Trennungen führen. Die besonderen physiko-chemischen Merkmale des CO2 ermöglichen hier oft eine Trennung der Isomere, die sich in der HPLC nicht trennen ließen, oder eine verkürzte Analysendauer (s. Abb. 3). Das unterstreicht, warum gerade bei chiralen Trennungen die SFC heutzutage in Industrie und Forschung vielseitig eingesetzt wird.

Allheilmittel SFC?

Die vielfältigen Anwendungsbereiche, die geringen Lösungsmittelverbräuche, die Robustheit und einfache Bedienbarkeit der modernen SFC-Systeme lassen schnell den Eindruck aufkommen, dass die SFC als neue „Geheimwaffe“ zukünftig die HPLC vollständig verdrängen könnte. Gerade im regulierten Umfeld, bei normierten Methoden oder gut charakterisierten Prozessen wird die HPLC aber sicherlich noch über einen langen Zeitraum die Analysentechnik der Wahl sein.

Jedoch hat die SFC gerade durch ihre Orthogonalität und erweiterten Anwendungsbereiche in der analytischen Chemie einen berechtigten Platz im Labor. Moderne Systeme ermöglichen zudem das einfache Nachrüsten von SFC-Komponenten zu bestehenden HPLC-Systemen oder sogar den mühelosen Wechsel zwischen beiden Techniken in einem Gerät.

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Die SFC: Eher Ergänzung zur HPLC als Ersatz

Die „Supercritical Fluid Chromatography“ (SFC) erweitert den analytischen Werkzeugkasten für die chromatographische Trennung von Analyten um eine effiziente und vielseitige Trennmethode. Sie wird die HPLC nach Ansicht der Autorin auch in Zukunft nicht vollständig ersetzen und ist nicht als Konkurrenztechnik, sondern als weitere orthogonale Trennmethode anzusehen. Ob die SFC für eine gegebene Analytik der HPLC überlegen ist, hängt somit stark von der analytischen Fragestellung ab. Eine bestehende HPLC-Anlage auf ein SFC-Switching-System zu erweitern, kann daher eine gute Alternative sein, um die neuen Möglichkeiten der SFC zu nutzen, ohne direkt in ein zusätzliches dezidiertes SFC-System zu investieren. Das ermöglicht auch SFC-Einsteigern, die neue Trenntechnik schnell zu nutzen, auch ohne hohe initiale Beschaffungskosten für ein Komplettsystem.

Das Nexera-UC/s-Switching-
System von Shimadzu kombiniert z.B. eine vollwertige UHPLC mit einer SFC und bietet, die zwei Trenntechniken in einer gemeinsamen Probentabelle zu verwenden. Beim Wechsel zwischen beiden ist weder ein Umbau noch eine Veränderung der Verrohrung nötig, sondern dieser kann einfach Software-seitig erfolgen. Somit ist es möglich, ohne großen Aufwand die Funktionalität eines UHPLC-Systems um die SFC zu erweitern. Bei kritischen Trennungen kann dann ein Methoden-Scouting über beide Trennmodi erfolgen, um für jede Applikation das optimale Verfahren zu etablieren (s. Abb. 4).

* Dr. Isabelle Spenner: Shimadzu Deutschland GmbH, 47269 Duisburg

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