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Gefriertrocknung Trocknen mit Zentrifugalkraft

Autor / Redakteur: Induka Abeysena* und Rob Darrington* / Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Seit Jahren setzen Laboratorien die Gefriertrocknung (Lyophilisation) zur Trocknung von Proben ein. Konventionelle Gefriertrocknungsapparate haben jedoch eine Reihe von Nachteilen. So können die Proben nur mit einem begrenzten Sortiment an Lösemitteln präpariert werden, normalerweise kann nur Wasser verwendet werden. Flüchtige organische Lösungsmittel und ihre Mischungen können ebenfalls nicht verwendet werden. Außerdem dauert der Prozess lange.

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1 Der Genevac HT-24 Zentrifugaltrockner zur schnellen Gefriertrocknung.
1 Der Genevac HT-24 Zentrifugaltrockner zur schnellen Gefriertrocknung.
( Bild: Genevac )

Wissenschaftler, die eine Vielzahl an Proben oder Mischungen von Lösemitteln (z.B. Wasser und Acetonitril) zu verarbeiten haben, z.B. bei der präparativen Umkehrphasen-HPLC-Separation, benutzen daher Zentrifugalverdampfer. Bei anderen Aufgaben, etwa der Handhabung von Verbindungen, macht die Aggressivität der organischen Lösungen die Verwendung eines Gefriertrockners unmöglich.

Purifikationslaboratorien erhalten ihre Proben in Wasser und Acetonitril gelöst, mit einem geringen Anteil eines Modifikators, üblicherweise 0,1% Triflouressigsäure (TFA). Gefriertrocknen zur Extraktion dieser Lösungen birgt etliche Risiken: Erstens braucht Acetonitril ein extremes Vakuum zum Einfrieren oder einen Gefriertrockner, der die Proben aktiv gefriert. Acetonitril gefriert bei -65°C. Wird es nicht gefroren, führt dies zu Verlusten an Probenmaterial und Kreuzkontamination. Zweitens stört Acteonitril das Vakuum in der Kältefalle, wodurch die Gefriertrocknung des Wassers nahezu unmöglich wird. Drittens dauert der Prozess für industrielle Anforderungen zu lang.

Der Zentrifugalverdampfer hingegen trocknet viele verschiedene Proben gleichzeitig, bei geringem Verlust an Probenmaterial und ohne Kreuzkontamination. Anwender berichten jedoch von Problemen bei manchen Proben, die per „Stapelverarbeitung“ getrocknet werden. Es wird nicht die gesamte TFA extrahiert, was die Probe während der Lagerung beschädigen kann; die Verbindung kann mit dem Wasser reagieren, was den Siedepunkt erhöht. Bei der NMR-Analyse zeigen sich Lösemittelrückstände.

In Wasser vorbereitete Proben können in einem Zentrifugalverdampfer gefriergetrocknet werden, indem das bestmögliche Vakuum erzeugt wird. Im Genevac HT-4X mit lösungsmittelbeständiger Spiralvakuumpumpe liegt das erreichbare Vakuum bei unter 0,5 mbar, mehr als ausreichend, um Wasser zu gefrieren. Dies ähnelt dem Gefriertrocknen und dauert entsprechend lange.

Arbeiten im Zentrifugalverdampfer

Nun hat Genevac einen Prozess entwickelt, der Gefriertrocknung und Zentrifugalverdampfung koppelt: Im ersten Schritt wird der größte Teil des Lösemittels mit dem Zentrifugalverdampfer mit hoher Geschwindigkeit verdampft. Sind nur noch wenige Milliliter des Lösemittels vorhanden, schaltet das Gerät in den Gefriertrocknungsmodus. Bei Verwendung eines Genevac HT-12 sinkt die Prozesszeit für 96 30-ml-Proben von 48 Stunden im Gefriertrockner auf 16 Stunden (über Nacht), das heißt jede Probe trocknet zehn Minuten. Um die Prozesszeit weiter zu senken, wurde im Folgenden untersucht, ob eine Erwärmung der Probe während der Gefriertrocknung einen Zeitvorteil bringt.

Zunächst wurde lediglich Wasser verwendet, um die optimalen Bedingungen zu entwickeln, später ein Gemisch aus Wasser und Aceton, um HPLC-Proben zu simulieren.

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