Die Verbindung machts

Einfache und intuitive Konnektierung für Mikro-LC-Säulen

  • Abb. 1: Schematische Darstellung einer PEEKSil-KapillareAbb. 1: Schematische Darstellung einer PEEKSil-Kapillare

Die Verbindungstechnik spielt eine große Rolle, wenn anstelle analytischer HPLC-Säulen Mikro-LC-Säulen verwendet werden. Noch vor einigen Jahren war es sehr schwierig, benutzerfreundliche „Tools und Accessories“ zu bekommen, die eine einfache und intuitive Konnektierung ermöglichen. Zum jetzigen Zeitpunkt haben einige Anbieter anwenderfreundliche, biokompatible sowie hochdruckstabile Komponenten im Angebot, um eine totvolumenarme Verbindung zwischen den einzelnen Modulen und der HPLC-Säule zu realisieren.

Mikro-LC Säulen mit einem Innendurchmesser (ID) von 300 µm sind mit einer Anschlusstechnik von 1/16 bzw. 1/32 Zoll verfügbar. Für die Konnektierung von Mikro-LC Säulen ist im Wesentlichen auf den Gewindedurchmesser und die Gewindeart (Windungen pro Inch bzw. mm) des Eingangs-Ports zu achten. Kommerziell verfügbare Säulen basierend auf Edelstahl-Hardware sind i. d. R. für Gewindedurchmesser von 1/16 bzw. 1/32 Zoll ausgelegt. Bei Trennsäulen mit einem 1/32 Zoll Anschluss sind dies für gewöhnlich 6-40 bzw. 6-32 Gewinde, wohingegen 1/16 Zoll Säulen mit 10-32 Gewinden angeschlossen werden können. Um Totvolumen und somit auch die Bandenverbreiterung zu minimieren, empfiehlt es sich, Säulen mit einer 1/32 Zoll Hardware zu verwenden. Der Grund hierfür liegt in der Anpassung bzw. Aufweitung des Außendurchmessers der Verbindungskapillare mit Hilfe von sogenannten Sleeves, die bei falscher Konnektierung ebenfalls zur Bandenverbreiterung beitragen können. Diese müssen aber nur dann verwendet werden, wenn auf Fused-Silica-Kapillaren mit einem Außendurchmesser von z. B. 360 µm zurückgegriffen wird. Da die 1/32 Zoll Ports im Vergleich zu 1/16 Zoll einen signifikant kleineren Durchmesser besitzen, müssen weniger Sleeves eingesetzt werden, was sich wiederrum positiv auf das Totvolumen und die Peakverbreiterung auswirkt.

Mittlerweile bieten aber viele Hersteller Kapillaren an, die einen direkten Anschluss ohne den Einsatz von Sleeves erlauben. Dabei handelt es sich um Edelstahl-Kapillaren mit einem Außendurchmesser von 1/32 Zoll oder Kapillaren, die ein 1/16 Zoll Fitting haben. Mit diesen Kapillaren entfällt der Einsatz von Sleeves.

Eine weitere Alternative stellen PEEKSil-Kapillaren dar. Dabei handelt es sich um polymerummantelte Fused-Silica-Kapillaren. Sie sind sowohl mit einem Außendurchmesser (OD) von 1/16 als auch als 1/32 Zoll in verschiedenen Längen erhältlich. Bei dem Polymer für die Ummantelung handelt es sich um Polyether-Ether-Keton (PEEK), welches den Kapillaren mechanische Stabilität gibt. PEEKSil-Kapillaren gelten im Allgemeinen als robust und sehr druckstabil. Ebenso weisen sie laut Herstellerangaben im Vergleich zu Edelstahl-Kapillaren eine geringere Rauigkeit der inneren Oberfläche auf und der Innendurchmesser kann präziser (± 1-6 µm) eingestellt werden. Des Weiteren sind sie mit den meisten organischen Lösemitteln im pH-Wert Bereich von 0-10 kompatibel und gelten aufgrund ihrer Adsorptionscharakteristiken als weitestgehend inert. Abbildung 1 zeigt eine schematische Zeichnung einer solchen Kapillare.

PEEKSil-Kapillaren: Probleme fehlerhaften Schneidens

Es wird davon abgeraten, die Länge der PEEKSil-Kapillaren mit konventionellen Schneidevorrichtungen anzupassen, sondern die passende kommerziell erhältliche Kapillarlänge auszuwählen, um Risse und Brüche in den Fused-Silica-Kapillaren zu vermeiden. Durch ein fehlerhaftes Schneiden kann eine Vielzahl von Problemen auftreten. Zum einen kann es zu einer Verengung kommen, wenn die Kapillaren mit hohem mechanischen Druck geschnitten werden. Wird eine solche Kapillare in den Flussweg des HPLC-Systems eingesetzt, resultiert i. d. R. ein deutlicher Druckanstieg. Des Weiteren ist der Schnitt selbst problematisch, weil der Anwender mit klassischen Hilfsmitteln wie einem Kapillarschneider nicht in der Lage ist, planare Stirnflächen an den Kapillarenden zu erzielen. Dies wiederum führt zu zusätzlichen Totvolumina, die die Trennleistung des Systems herabsetzen. Diese Effekte spiegeln sich in verzerrten und überproportional breiten Peaks mit ausgeprägtem Tailing wieder. Dieses Problem tritt ebenfalls beim Schneiden von Edelstahl-Kapillaren auf. Auch hier sollte auf durch den Hersteller vorgeschnittene Kapillaren zurückgegriffen werden.

Neben den bereits erwähnten Stahl-Hardware-Säulen können gefüllte Fused-Silica Kapillarsäulen (monolitische oder partikuläre Packung) erworben werden. Diese bestehen meistens nur aus einer Fused-Silica-Kapillare in der die stationäre Phase eingebracht ist. Solche Kapillarsäulen können ohne Verbindungsstücke direkt mit dem Injektionsventil und dem Detektor gekoppelt werden, was der Peakverbreiterung entgegenwirkt. Des Weiteren können spezielle Ventile und Detektoranschlüsse mit 360 µm Ports verwendet werden, wodurch sich der Einsatz von Sleeves ebenfalls erübrigt.

Geeignete Verbindungsstücke

Zur Konnektierung der Kapillaren mit den Säulen können Stahl-Ferrules mit passenden Schrauben verwendet werden. Bei den Ferrules ist darauf zu achten, dass der Winkel des Eingangs-Ports weiter ist als der Winkel des Ferrules. Dies ist notwendig, um die Kapillare an der Ferrule-Spitze durch Kompression mit der Schraube zu fixieren. Ist der Winkel des Eingangs-Ports identisch oder enger, kann es zu einer undichten Verbindung kommen. Die Verwendung von einteiligen bzw. zweiteiligen PEEK Fittings ist ebenso weit verbreitet, hat jedoch den Nachteil der geringeren Druckstabilität im Vergleich zu Stahl.

Stahl-Ferrules werden meist irreversibel mit der Verbindungskapillaren verpresst. Wird die Verbindung zwischen Kapillare und Säule gelöst, muss bei einer neuen Verbindung ein neues Ferrule verwendet werden. PEEK-Titan-Hybrid-Ferrules stellen eine gute Alternative dar, weil diese mehrfach verwendet werden können. Diese besitzen eine PEEK Seite, die sich universell an nahezu jeden Port-Winkel anpasst und eine Titan-Seite, die eine druckstabile Verbindung gewährleistet. Des Weiteren können diese Ferrules bei richtiger Handhabung mehrfach verwendet werden, wenn z. B. ein Säulenwechsel durchgeführt wird.

Fazit
Es bleibt also festzuhalten, dass dem Anwender mittlerweile nahezu alle Möglichkeiten zur einfachen und intuitiven Konnektierung von Mikro-LC Säulen zur Verfügung stehen. Alle genannten Konfigurationsmöglichkeiten bieten Vor- und Nachteile. Prinzipiell wäre die Empfehlung auf Trennsäulen mit einem 1/32 Zoll Anschluss sowie auf vorgeschnittene Kapillaren mit universell einsetzbaren Fittings zurückzugreifen. Unserer Erfahrung nach kann dann beim Thema „Die Verbindung macht’s“ nicht mehr viel schief gehen.

Haben Sie Fragen zur Anwendung und Technik im Bereich Mikro-LC und 2D-LC? Fragen Sie die Experten vom IUTA: adlichrom@iuta.de

Autoren
Thorsten Teutenberg1, Terence Hetzel2, Juri Leonhardt3

Zugehörigkeiten
1Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V., IUTA, Duisburg, Deutschland
2Bayer AG, Wuppertal,Deutschland
3Currenta GmbH & Co. OHG, Dormagen, Deutschland

Kontakt
Dr. Thorsten Teutenberg

Institut für Energie- und Umwelttechnik e. V. (IUTA)
Bereichsleiter Forschungsanalytik & Miniaturisierung
Duisburg, Deutschland
teutenberg@iuta.de

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Institut für Energie- und Umwelttechnik e.V. (IUTA)
Bliersheimer Str. 60
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