PROZESSTECHNOLOGIE Säulen für die präparative LC selbst packen

Die LC ist ein sicherer und schneller Weg, um zu reinen Substanzen zu gelangen. Zu den bekannten Parametern in der HPLC treten in der präparativen LC zusätzlich noch Faktoren wie Kosten für die stationären Phasen, Lösemittelverbrauch und Beladbarkeit des Systems auf.

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Die LC ist ein sicherer und schneller Weg, um zu reinen Substanzen zu gelangen. Dies gilt z.B. für die Isolierung von Naturstoffen, Trennung von Racematen oder die Gewinnung und Reinigung von Referenzsubstanzen. Zu den bekannten Parametern in der HPLC treten in der präparativen LC zusätzlich noch Faktoren wie Kosten für die stationären Phasen, Lösemittelverbrauch und Beladbarkeit des Systems auf.

Gerade bei der präparativen LC müssen die direkten und indirekten Kosten wie Preise für die stationären Phasen oder der Lösemittelverbrauch im Blick gehalten werden. In der Regel ist eine Optimierungsstrategie erforderlich, die zu einem Kompromiss zwischen Reinheit, Ausbeute und Durchsatz des gewünschten Produktes führt.

Fertig gepackte Säulen in Standarddimensionen für die präparative LC werden von zahlreichen Herstellern angeboten. Viele Anwender wollen nun aber ihre eigenen Säulen packen. Gründe hierzu liegen oftmals in der notwendigen Flexibilität, schnell auf neue präparative Fragestellungen zu reagieren. Und nicht zuletzt spielen Gründe des Scale-up-Prozesses von der analytischen zur präparativen Trennung eine entscheidende Rolle.

Werden die Anforderungen an die Hardware in der präparativen LC betrachtet, dann sind Systeme mit dynamischer axialer Kompression bei druckstabilen Bulkmaterialien eindeutig im Vorteil. Damit lässt sich ein durch den Dauerbetrieb entstandenes Totvolumen im Säulenbett vollkommen reduzieren, so dass sich Effizienz und Standzeit der Säule erhöhen, Ausfallzeiten reduziert werden und damit insgesamt die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage verbessert wird.

Das Load & Lock-System

Die neue Load & Lock-Produktlinie (Säulen und Packstand) von Varian eröffnet dem Anwender eine hohe Flexibilität bei selbst gepackten Säulen. Im Folgenden wird auf wesentliche Eigenschaften und Vorteile dieses Systems eingegangen.

Load & Lock gibt es in Säulendimensionen von 1” bis 24” (2,2 bis 60 cm) Innendurchmesser, wobei im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen für 1”-, 2”- und 3”-Säulen ein universeller Packstand verwendet wird (s. Abb. 1). Im Betrieb lassen sich die Säulen separat - d.h. ohne Packstand - einsetzen. Die maximale Säulenbettlänge variiert zwischen 40 cm (für 1”-Säulen) und 50 cm für 2”- und 3”-Säulen (s. Abb. 2). In der Praxis hängt sie von der jeweils gewählten Art der Slurry-Fülltechnik ab.

Grundsätzlich sind zwei Arbeitsweisen möglich. Beim Schnellpackverfahren werden etwa 60 Prozent der Maximalbettlänge erreicht. Der Slurry wird in das Leerrohr gefüllt, die Säule mit einem Schnellverschlusssystem verschlossen und das Säulenbett entsprechend seinem Innendurchmesser mit einem bestimmten Kompressionsverhältnis komprimiert.

Der Vorteil der Schnellpackmethode liegt darin, dass die Säule in weniger als 30 Minuten gepackt ist. Mit der Aspirationstechnik werden hingegen etwa 90 Prozent der Maximalsäulenbettlänge erzielt. Dabei wird ein Füllbehälter auf das Säulenleerrohr geschraubt, der Slurry eingefüllt, mit Wasserstrahlvakuum das Lösemittel abgezogen und erst am Ende der externe Behälter entfernt, die Säule verschlossen und dann komprimiert. Bei dieser Methode beträgt der Zeitaufwand ca. 90 Minuten.

Ebenso schnell und einfach lässt sich das Säulenbett entpacken. Beispielsweise kann dies erforderlich sein, wenn die Säulenpackung - auch selbst mit dynamischer axialer Kompression - mangelnde Effizienz im Betrieb aufweist. Es sind dafür etwa 30 Minuten (inkl. Reinigung) zu veranschlagen.

Load & Lock ist das einzige Säulenpacksystem, das sowohl statische Axialkompression (Static Axial compression, SAC) als auch dynamische Kompression (Dynamic Axial Compression, DAC) erlaubt. Die DAC-Methode ist bei sphärischen Bulkmaterialien angezeigt (5 bis 10 µm), die eine hoch effiziente Säulenpackung mit homogenem Säulenbett hoher Stabilität erlauben.

Zudem ermöglicht DAC ein totvolumenfreies Sorbensbett, so dass ein Effizienzverlust im Betrieb schnell behoben werden kann. Der SAC-Modus ist insbesondere für weniger druckstabile Materialien geeignet, beispielsweise für 300 Angström-Materialien und Polymere. Dadurch erhöht sich auch die Standzeit der Säulen, die mit diesen Materialien gepackt wurden.

Verteilerplatte erhöht Peakschärfe

Die neuen, patentierten Verteilerplatten am Säuleneingang und -ausgang sind ein weiteres Highlight des gesamten Systems. Damit wird nicht nur das gesamte Säulenbett genutzt, sondern auch der Gegendruck um bis zu 25 Prozent verringert und die Peakschärfe erhöht. Darüber hinaus ermöglicht die Verteilerplatte durch die komplette Nutzung des Säulenbetts eine um bis zu 25 Prozent höhere Probenmengeaufgabe mit gleichmäßigem Konzentrationsprofil im Vergleich zu herkömmlichen Systemen. Daraus folgt ein höherer Durchsatz von Wertprodukt pro Zeiteinheit, und es können Säulen kleineren Innendurchmessers verwendet werden. Für temperaturkontrollierte präparative Trennungen sind Säulen mit thermostatisierbarer Ummantelung verfügbar, so dass auch die Temperatur als weiterer Parameter bei der chromatographischen Trennung berücksichtigt werden kann.

Insgesamt stellt das Load & Lock-System eine wirtschaftliche Lösung dar. Im Vergleich zu konventionellen Fertigsäulen hat sich die Anschaffung - je nach verwendetem Bulkmaterial und Säulendimension - bereits nach vier bis fünf Füllungen amortisiert. Zudem haben praktische Untersuchungen gezeigt, dass aufwändige Lösemittel- und Slurry-Entgasungen nicht erforderlich sind. Da die Flussrichtung gegen die Schwerkraft verläuft, können Luftblasen leicht entfernt werden. Somit wird auch bei der Vorbereitung des eigentlichen Pack-Prozesses Zeit gespart. Varian als Hersteller von Bulkmaterialien bietet Kieselgel- und Polymersorbentien in verschiedenen Funktionalitäten, unterschiedlichen Poren- und Partikelgrößen für alle Bereiche der präparativen LC bis hin zur Prozess-Chromatographie an. Die Bulkmaterialien sind im Hinblick auf mechanische und chemische Stabilität sowie Beladbarkeit einzigartig. Die Kombination aus Load & Lock und Füllmaterialien ist für den Anwender in der präparativen LC ein wertvolles Tool, um seinen Aufgabenstellungen jederzeit gerecht zu werden.

Zusammenfassung

Die Load & Lock-Produktfamilie stellt eine effiziente Lösung dar, wenn es darum geht, präparative Säulen selbstständig zu packen. Gleichgültig, ob C18-Sorbentien, chirale stationäre Phasen oder Polymere gepackt werden müssen: Es lassen sich mit diesem System hoch reproduzierbare Säulen mit ausgezeichneter Trennleistung herstellen.

*Dr. A. Junker-Buchheit, Dr. R. Mehrhoff und M. Ernst, Varian GmbH, 64229 Darmstadt. *R. Guillet, Varian BV, 4338 Middelburg/Niederlande

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