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Der HPLC-Experte: Möglichkeiten und Grenzen der modernen HPLC

Der HPLC-Experte: Möglichkeiten und Grenzen der modernen HPLC

Stavros Kromidas (Editor)

ISBN: 978-3-527-67661-3

Apr 2014

446 pages

Vorwort XIII

Zum Aufbau des Buches XV

Autorenverzeichnis XVII

1 LC/MS-Kopplung 1

1.1 Stand der Technik in der LC/MS-Kopplung 1

1.1.1 Einleitung 1

1.1.2 Ionisationsmethoden bei Atmosphärendruck-Massenspektrometern 2

1.1.2.1 Übersicht API-Methoden 4

1.1.2.2 ESI 5

1.1.2.3 APCI 7

1.1.2.4 APPI 8

1.1.2.5 APLI 8

1.1.2.6 Bestimmung der Ionensuppression 9

1.1.2.7 Beste Ionisationsmethode für die jeweilige Fragestellung 10

1.1.3 Massenanalysatoren 10

1.1.4 Zukünftige Entwicklungen 13

1.1.5 Worauf sollten Sie beim Kauf eines Massenspektrometers achten? 13

1.2 Technische Aspekte und Fallstricke der LC/MS-Kopplung 14

1.2.1 Apparative Gesichtspunkte 15

1.2.1.1 Das passende Massenspektrometer zur analytischen Fragestellung 15

1.2.1.2 (U)HPLC und Massenspektrometrie 19

1.2.2 MS-Kompatibilität von LC-Methoden – die Trennchemie passt sich an 34

1.2.2.1 Flussrate und Ionisationsprinzip 35

1.2.2.2 Eluentenzusammensetzung 37

1.2.3 Qualität der MS-Spektren und der LC/MS-Chromatogramme 39

1.2.3.1 Kein Signal 39

1.2.3.2 Schlecht angepasste Quellenbedingungen und ihre Auswirkung auf das Chromatogramm 40

1.2.3.3 Ionensuppression 42

1.2.3.4 Unbekannte Massensignale im Massenspektrum 43

1.2.3.5 Apparative Gründe für Fehlinterpretation von Massenspektren 48

1.2.4 Fazit 50

1.2.5 Abkürzungen 51

1.3 LC/MS-Kopplung in der Praxis – Anwender berichten 51

2 HPLC-GC-Kopplung in der Praxis: Grundlagen, Applikationsbeispiele und Ausblick 61

2.1 Einleitung 61

2.2 Allgemeiner Aufbau 63

2.3 LC-GC oder LCxGC – Heartcut vs. Comprehensive 64

2.4 HPLC als Vortrennung für die GC 66

2.5 Instrumentelle Anforderungen an die HPLC 68

2.6 LC-GC-Transfer und Echtzeitverdampfung 70

2.7 PTV-Solvent-Split 71

2.8 Geschwindigkeitskontrollierte Injektion 73

2.9 At-Once-Injection/Rapid LV-Injection 75

2.10 On-Column-Techniken 75

2.11 Alternative On-Column-Transfertechniken 77

2.12 Solvent Trapping und Bandenverbreiterung 78

2.13 Der frühe Dampfausgang (SVE) 80

2.14 Simultane Lösungsmittelverdampfung (concurrent solvent evaporation) 81

2.15 Partiell simultane Lösungsmittelverdampfung (partially concurrent solvent evaporation) 83

2.16 Erfahrungen aus der Praxis und Fehlersuche 85

2.17 Anwendungsbeispiele 91

2.18 Fazit und Ausblick 98

3 Optimierungsstrategien in der RP-HPLC 101

3.1 Einführung 101

3.1.1 Geschwindigkeit der Analyse 101

3.1.2 Verbesserung der Auflösung, besonders bei komplexen Proben 102

3.1.3 Senkung von Nachweis- und Bestimmungsgrenzen 102

3.1.4 Senkung der Kosten einer Methode 103

3.2 Grundlagen 104

3.2.1 Auflösung der Peaks im Chromatogramm 104

3.2.2 Grundlagen der kinetischen Optimierung 109

3.2.3 Der Einfluss der Säulendimensionen 113

3.3 Methodik der Optimierung 116

3.3.1 Die Optimierung der Selektivität 116

3.3.1.1 Die praktische Methodenoptimierung und die Rolle der Selektivität 117

3.3.1.2 Wie steuern wir die Selektivität in der HPLC? 118

3.3.2 Die Rolle der Temperatur in der HPLC 126

3.3.2.1 Retention und Selektivitätskontrolle per Temperatur – Möglichkeiten und Grenzen 126

3.3.2.2 Methodenbeschleunigung durch Temperaturerhöhung 130

3.3.3 Zusammenhänge zwischen Eluentenzusammensetzung und

Temperatur bei der Optimierung der HPLC 138

3.3.4 Methodenbeschleunigung durch Verbesserung der Trennleistung stationärer Phasen 143

3.3.4.1 Die systematische Geschwindigkeitsoptimierung über Teilchendurchmesser und Säulenlänge 143

3.3.4.2 Der Reiz von Monolithen und Solid-Core-Materialien 152

3.3.5 Optimierung der Auflösung über den Teilchendurchmesser und/oder die Säulenlänge 155

3.3.6 Hochauflösende HPLC in einer oder mehreren Dimensionen 158

3.3.7 Optimierung von Nachweis- und Bestimmungsgrenzen 166

3.3.7.1 Massendetektionslimit 167

3.3.7.2 Konzentrationsdetektionslimit 168

3.3.8 Optimierung in der Praxis 170

3.3.8.1 Prinzipielle Vorgehensweise 170

3.3.9 Formeln und Regeln im Überblick 171

3.4 Ausblick 179

3.4 Danksagung 181

4 Der Gradient in der RP-Chromatographie 183

4.1 Aspekte der Gradientenoptimierung 183

4.1.1 Einführung 183

4.1.2 Besonderheiten des Gradienten 183

4.1.3 Einige chromatographische Größen und Formeln 185

4.1.3.1 Bemerkungen zu Gl. 4.2, 4.3 und 4.4 oder isokratische vs. Gradiententrennungen 187

4.1.4 Nachweisgrenze, Peakkapazität, Auflösung – Möglichkeiten der Optimierung 189

4.1.4.1 Nachweisgrenze 189

4.1.4.2 Peakkapazität und Auflösung 190

4.1.5 Gradienten-„Mythen“ 195

4.1.6 Beispiele zur Optimierung von Gradientenläufen: ausreichende Auflösung in einer adäquaten Zeit 196

4.1.7 Gradienten-Aphorismen 212

4.2 Vorhersage von Gradienten 214

4.2.1 Lineares Modell – Vorhersage aus 2 Chromatogrammen 214

4.2.1.1 Was sagt der Retentionsfaktor k aus? 214

4.2.1.2 Was bedeuten die beiden Retentionsfaktoren kg und ke? 219

4.2.1.3 Wie sieht das Integrations- und Steuersystem den Gradienten? 221

4.2.1.4 Wie sieht die HPLC-Säule den Gradienten? 221

4.2.1.5 Wie sehen die Analysesubstanzen den Gradienten? 222

4.2.1.6 Interpretation des ln(k)- zu % B-Diagramms 222

4.2.1.7 Die apparative Gradientenverzögerung (Dwell Time) 226

4.2.1.8 Verlängerung des Gradienten nach unten bei gleicher Steigung 228

4.2.2 Kurvilineares Modell – mehr als zwei Eingabechromatogramme 230

4.2.2.1 Die ln(k)-Geraden sind oft gar nicht gerade 230

4.2.2.2 Die ln(k)- zu % B-Anpassung nach Neue 232

4.2.2.3 Vorhersage mit Excel 234

4.2.2.4 Die Wechselwirkung ist temperaturabhängig 237

4.2.2.5 Optimierungsparameter 237

4.2.2.6 Kommerzielle Optimierungsprogramme 239

4.2.2.7 Wie genau muss die Vorhersage von kg und ke sein? 241

4.2.3 Wie gehe ich systematisch vor? 242

4.2.4 Abkürzungsverzeichnis 243

5 Vergleich und Auswahl von modernen HPLC-Säulen 245

5.1 Trägermaterialien 245

5.1.1 Warum Kieselgel? 246

5.2 Stationäre Phasen für die HPLC – die geschichtliche Entwicklung 247

5.3 pH-Stabilität und Restriktionen beim Einsatz von Kieselgel 250

5.4 Die Kerneigenschaften von Umkehrphasen 252

5.4.1 Die Hydrophobie der Umkehrphasen 252

5.4.2 Die hydrophobe Selektivität 252

5.4.3 Die silanophile Aktivität 253

5.4.4 Die molekulare Formerkennung (shape selectivity) 253

5.4.5 Die polare Selektivität 254

5.4.6 Der Metallgehalt 254

5.5 Charakterisierung und Klassifizierung von Umkehrphasen 255

5.5.1 Über die Aussagekraft von Retentions- und Selektivitätsfaktoren bei Säulentests 256

5.5.1.1 Vorbemerkung 256

5.5.1.2 Kriterien zum Vergleich von Säulen 259

5.5.2 Säulenvergleich, Vergleichskriterium: Ähnlichkeit von Selektivitäten 262

5.5.3 Zwei einfache Tests zur Charakterisierung von RP-Phasen 265

5.6 Vorgehensweise bei der Methodenentwicklung in der Praxis 266

5.6.1 Das Zusammenspiel zwischen mobiler und stationärer Phase 267

5.6.2 Welche Trennsäulen sollten verwendet werden und wie setze ich diese ein? 268

5.6.3 Was tun, wenn die Analyten sehr polar sind und auf den genannten Säulen keine Retention aufweisen? 271

5.6.3.1 AQ-Säulen, polare RP-Säulen und Ionenpaarchromatographie 271

5.6.3.2 Mixed Mode Säulen 273

5.6.3.3 Ionenausschlusssäulen/Ligandenaustauschchromatographie 274

5.6.3.4 HILIC (hydrophilic interaction liquid chromatography) 274

5.6.3.5 Poröser Kohlenstoff 276

5.7 Säulenscreening 276

5.8 Säulendatenbanken 281

6 Trenntechniken in der Biochromatographie 285

6.1 Einleitung 285

6.2 Übersicht stationäre Phasen 288

6.2.1 Basismaterialien 288

6.2.2 Charakterisierung von stationären Phasen 288

6.2.2.1 Partikelform 288

6.2.2.2 Partikelgröße 290

6.2.2.3 Porengröße und Oberfläche 291

6.2.2.4 Beladungsdichte 293

6.2.2.5 Reinheit 294

6.2.2.6 Funktionelle Gruppe 295

6.3 Reversed Phase-Chromatographie von Peptiden und Proteinen 295

6.3.1 Retentionsverhalten von Peptiden und Proteinen 295

6.3.2 Gradientendesign 295

6.3.3 Organische Modifier 297

6.3.4 Ionenpaarreagenz 298

6.3.5 Einfluss des pH-Wertes 299

6.3.6 Porengröße 300

6.3.7 Belegung 300

6.4 IEX-Chromatographie von Peptiden und Proteinen 300

6.4.1 Parameter der IEC 301

6.5 Size-Exclusion-Chromatographie von Peptiden und Proteinen 304

6.5.1 Parameter der SEC 305

6.6 Weitere Chromatographiearten – Kurzbeschreibungen 307

6.6.1 Hydrophobic Interaction Chromatography (HIC) 307

6.6.2 Hydrophilic Interaction Chromatography (HILIC) 308

6.6.3 Affinity Chromatography (AC) 308

6.7 Zusammenfassung und Ausblick 309

7 Vergleich moderner Chromatographie-Datensysteme 311

7.1 Einleitung 311

7.2 Die Vorläufer der CDS 311

7.3 Das CDS heute 312

7.3.1 Datenbank- oder filebasierendes System 312

7.3.1.1 Vor- und Nachteile filebasierender CDS 312

7.3.1.2 Vor- und Nachteile datenbankbasierender CDS 313

7.3.2 Das CDS im Netzwerk 314

7.3.3 Gerätesteuerung 315

7.3.4 Dokumentation und Compliance 316

7.3.5 Aktuelle Systeme im Überblick 317

7.4 Tabellarischer Vergleich von Empower und Chromeleon sowie OpenLAB CDS 319

7.5 Das CDS von morgen 319

7.5.1 MS-Integration 319

7.5.2 Große Installationen 319

7.5.3 Einfache und intuitive Bedienung 322

7.5.4 Spezielle Erweiterungen 323

7.5.4.1 Integrationsunterstützung 323

7.5.4.2 Säulenverwaltung 324

7.5.4.3 Geräteauslastung 324

7.5.4.4 Anbindung von Waagen 324

7.5.5 Offene Schnittstellen 325

7.5.6 Geräteintegration 326

7.6 Das CDS in 20 Jahren 327

8 Möglichkeiten der Integration heute 329

8.1 Peaküberlagerung – Auswirkung auf das Chromatogramm 329

8.2 Abtrennmethoden für überlagerte Peaks 330

8.2.1 Lotmethode 331

8.2.2 Tangentiale und Valley-to-valley Abtrennmethode 332

8.2.3 Gauß- und exponentielle Abtrennmethode 332

8.3 Anwendung der Abtrennmethoden 333

8.4 Chromatogrammsimulation 333

8.5 Dekonvolution 334

8.6 Evaluierung von Abtrennmethoden 337

8.7 Praktische Anwendung der Dekonvolution 339

9 HPLC im reglementierten Bereich 345

9.1 Intelligente Dokumentation 345

9.1.1 Einführung 345

9.1.2 Ziele der Dokumentation 347

9.1.2.1 Dokumentation aus Sicht der Organisation 348

9.1.2.2 Dokumentation aus Sicht der Prozesse 349

9.1.2.3 Dokumentation aus Sicht der Kommunikation 352

9.1.2.4 Dokumentation aus Sicht der Information 354

9.1.2.5 Dokumentation aus Sicht der Wissensspeicherung 361

9.1.2.6 Behördliche Vorgaben für die Dokumentation im Labor 361

9.1.3 Das Lebenszyklusmodell für regulierte Dokumente in der Praxis 363

9.1.4 Umgang mit Hybridsystemen aus Papier und elektronischen Aufzeichnungen 365

9.1.4.1 Vor- und Nachteile von Papier vs. elektronischen Dokumenten 365

9.1.4.2 Umsetzungsstrategie 367

9.1.5 Ausblick 368

9.2 Tipps für eine gelungene FDA-Inspektion 369

9.2.1 Einführung 369

9.2.2 Vorbereitung mit dem Inspektionsmodell 371

9.2.2.1 Materialien, Reagenzien, Referenzstandards 371

9.2.2.2 Räumlichkeiten und Ausrüstung 372

9.2.2.3 Laborkontrollen 374

9.2.2.4 Personal 376

9.2.2.5 Qualitätsmanagement 377

9.2.2.6 Dokumente und Aufzeichnungen 378

9.2.3 Typischer Ablauf einer FDA-Inspektion 379

9.2.4 Während der Inspektion 382

9.2.4.1 Verhalten in Inspektionen 383

9.2.4.2 Ablauf des Laborrundgangs (lab walk through) 385

9.2.4.3 Die Inspektion im Audit-Raum 385

9.2.4.4 Umgang mit offensichtlich schwerwiegenden Beobachtungen 386

9.2.4.5 Die Dokumentation von Beobachtungen auf dem Formblatt FDA 483 387

9.2.5 Nachbereitung der Inspektion 388

10 Effiziente Informationsbeschaffung im Zeitalter von Web 2.0 am Beispiel der HPLC 391

10.1 Suchmaschinen: Möglichkeiten und Grenzen 391

10.2 Spezielle Suchdienste 393

10.3 Suche nach Fachinformationen 394

10.3.1 Stoffdaten 394

10.3.2 Applikationen/Methoden 395

10.3.2.1 Behörden und Institutionen 395

10.3.2.2 Hersteller von Analysengeräten und Zubehör 395

10.3.2.3 Zeitschriften und Portale 397

10.3.3 Troubleshooting 397

10.3.4 Hintergrundinfos und Theorie 399

10.3.5 Produktinformationen 400

10.3.6 Literatur 401

10.3.6.1 Fachzeitschriften 401

10.3.6.2 Fachbücher 404

10.3.6.3 Master-/Diplom- und Doktorarbeiten 405

10.3.6.4 Konferenzberichte 405

10.4 Welche Mehrwerte bieten Firmenseiten? 405

10.5 Kostenpflichtige Inhalte 406

10.6 Apps für Tablets und Mobiltelefone 407

10.7 Einsatzmöglichkeiten sozialer Netzwerke 408

10.8 Prognose: Wie werden sich soziale Netzwerke entwickeln? 409

10.9 Wie kann man sich über aktuelle Neuigkeiten auf dem Laufenden halten? 409

11 Trends in der Detektionstechnik 411

11.1 Einführung und Funktionsprinzip von Aerosoldetektoren 411

11.2 Gemeinsame Charakteristika, Vor- und Nachteile der einzelnen Detektoren 412

Stichwortverzeichnis 415