Die Pharmaindustrie als global grösster Anwender von (U)HPLC Systemen gilt als Treiber für die kontinuierliche Produktentwicklung. So werden Spezifikation, Funktionalität und Bedienbarkeit verbessert, dem aktuellen Stand der Technik angepasst und in jüngster Zeit mehr «Analytical Intelligence» implementiert, um Ausfallzeiten zu reduzieren, notwendigen Service anzukündigen und im laufenden Betrieb Störungen wie zum Druckabfall und damit einhergehende Basislinienfluktuationen durch Spülen und nachgeschaltetem Systemtest zu registrieren und zu beheben.
Mit der aktuellen modularen (U)HPLC-Produktserie stehen dem Anwender Systeme für den Einsatz im HPLC-Bereich (bis 44 MPa) und verschieden UHPLC-Varianten (bis 70 MPa, bis 100 MPa oder 130 MPa) zur Auswahl, die als quaternärer Gradient (mit Mischen der mobilen Phase auf der Niederdruckseite) und binäre oder ternäre Hochdruckgradienten genutzt werden können. Bei den Detektoren stehen neben Standard-Detektoren (UV, PDA, Brechungsindex, Fluoreszenz) auch unterschiedliche massenspektrometrische Detektoren (MS) zur Auswahl: Single-Quadrupol, verschiedenen Triple-Quadrupole oder Quadrupol-Time of Flight.
Mit den (U)HPLC-Modulen sind diverse Konfigurationen realisierbar: Systeme mit grosser Probenkapazität, Systeme für mehrdimensionale Trennungen oder mit mehreren Trennsäulen, gegebenenfalls mit Auswahlmöglichkeiten von mobilen Phasen zur Methodenentwicklung, oder Kombinationen mit anderen Analysentechniken.
GC bleibt wichtig – SFC wird Routine
Die Fortschritte im Bereich der Flüssigchromatographie lassen die Gaschromatographie (GC) oftmals unberechtigterweise etwas in den Hintergrund geraten, ist diese doch für die Analyse von leicht flüchtigen Verbindungen (zum Beispiel in Inhalationsnarkotika) und für die Analyse von Lösungsmittelrückständen im Wirkstoff oder Endprodukt unverzichtbar. Stetig wachsende Anforderungen an den Nachweis auch geringster Konzentrationen von Verunreinigungen und Abbauprodukten unterstreichen die Notwendigkeit einer «High-end»-Gaschromatographie in Technik und Detektion.
Neben der weit verbreiteten HPLC und GC galt die Superkritische Flüssigchromatographie (SFC) lange als technisch aufwendig und wenig routinetauglich. Umweltaspekte und innovative Konzepte für Gegendruckstabilisierung und die Trennung von Flüssig- und Gasphase haben dies in den letzten Jahren geändert. So setzt Shimadzu auf die SFC als komplementäre Technik – wachsende Akzeptanz und Zahl von Anwendern ist eine Bestätigung dieser Strategie.
UHPLC und SFC in einem System vereint
Die Möglichkeit, in einem System entweder die UHPLC oder SFC verwenden zu können, und somit die Vorteile beider Techniken nutzen zu können, verändert und erweitert deren Einsatzbreite deutlich. Sind es auf der einen Seite die Vielfalt der Applikationen einer UHPLC durch grosse Auswahl von Kombinationen von stationären und mobilen Phasen, bietet auf der anderen Seite der Einsatz von superkritischem Kohlendioxid als Lösungsmittel neue Möglichkeiten – gerade für chirale Trennungen – und eine Chance, umweltschonender zu arbeiten, ohne auf chromatographische Trennleistung verzichten zu müssen.
Für den Einsatz in Aufreinigung und Aufkonzentrierung kleiner Substanzmengen ist eine Semi-prep-SFC (Nexera UC prep) verfügbar. Für die effiziente Trennung von Flüssig- und Gasphase ist ein patentiertes Zubehör (Lotus Stream) für analytische oder präparative Anwendungen entwickelt worden. So kann eine SFC je nach analytischer Fragestellung eine wertvolle Alternative sein, ohne HPLC oder GC zu verdrängen.
«Grüne» Superkritische Flüssig-Extraktion
Probenvorbereitung und deren Automatisierung gewinnen immer mehr an Bedeutung, hier sind neben der automatischen Abarbeitung vormals manueller Arbeitsschritte auch Anpassungen am bestehenden Arbeitsablauf gefragt. Eine bislang selten genutzte Technik ist die Superkritische Flüssig-Extraktion. In Kombination mit einem SFC-System ergibt sich hier eine «grünere» Alternative zur klassischen Flüssig-flüssig-Extraktion und Trennung ohne Verwendung grösserer Mengen an organischen Lösungsmitteln.
Alternativen zu Standard-Lösungsmittel wie Bio-Ethanol, Bio-Methanol und anderen Lösungsmitteln sind derzeit vielerorts im Test und sind im Zusammenspiel gerade mit SFE und SFC künftig ein interessanter Ansatz auch für die pharmazeutische Industrie.
Für Biomoleküle sind bioinerte/biokompatible Pumpen und Probengeber im Portfolio, die insbesondere bei Applikationen für Oligonukleotide in Bezug auf geringste Probenverschleppungen von Interesse sein könnten.
Speziell für den Routine-Einsatz im Bereich der Qualitätskontrolle ist das kompakte i-Series-System konzipiert. Auch hier sind HPLC oder UHPLC (bis 70 MPa) auswählbar. Geringe Ausfallzeiten und wenig Wartungsaufwand haben die i-Series in vielen Unternehmen als robustes System etabliert. Falls der integrierte Standard-Detektor (UV oder PDA) nicht ausreicht, sind andere Detektoren zusätzlich nutzbar und werden vom System unterstützt.
Eine Steuerungssoftware für alle
Alle hier beschriebenen Systeme und Konfigurationen werden durch Labsolutions-Software gesteuert, die neben Chromatographie- (LC und GC) und MS-Systemen auch die Spektroskopie, TOC-Instrumente sowie physikalische Testmethoden (Partikelmesstechnik, Druck- und Zugprüfsysteme) kontrolliert sowie deren Daten in einer gemeinsamen Datenbank verwalten kann.
Ein entscheidender Punkt für den Einsatz eines HPLC-Systems ist und bleibt die Kompatibilität zu einem bestehen Chromatographie-Datensystem. Auch hier war es eine Forderung der pharmazeutischen Industrie, die die Entwicklung von Softwaretreibern für die anderen Netzwerkanwendungen (Empower®; Chromeleon®, OpenLab®) getrieben hat. So werden derzeit HPLC- und GC-Systeme in derartigen Softwareumgebungen in der Industrie genutzt. Darüber hinaus ist die Instrumentenkontrolle auch in MS-Softwarepaketen anderer Hersteller realisiert.
Bei präparativen Anwendungen bietet Shimadzu semi-präparative (für Flussraten bis 20 ml/min) und präparative (für Flussraten bis 150 ml/min) Lösungen, kombinierbar mit Fraktionssammler oder Liquid-handler (Kombination von Probengeber und Fraktionssammler). Ein spezielles Setup ist die UFPLC (Ultra Fast Preparative and Purification Liquid Chromatograph) dabei werden präparative Trennung, Aufkonzentrierung, Aufreinigung, Elution und Fraktionierung der Moleküle in einem System kombiniert. Als Detektor wird hier idealerweise ein massenspektrometrischer Detektor (LCMS-2050) eingesetzt. Spezielle Trap-Säulen ermöglichen den Einsatz für verschiedene Wirkstoffe (anionisch oder kationisch) für Kapazitäten von bis zu 100 mg.
Aktuelle Chromatographie-Systeme sind in den letzten Jahren in Bezug auf Energieverbrauch und Umweltfreundlichkeit optimiert worden, so dass die aktuelle Geräteserie gegenüber ihren Vorgängern deutlich besser abschneidet. Die neu vorgestellte 4. Generation der i-Series verwendet für das Gehäuse zum Beispiel recycelte Materialien.
Nicht alle möglichen oder bereits umgesetzte Systemkonfigurationen können in diesem Beitrag erwähnt werden. Anfragen nach speziellen Lösungen und neuen Funktionen sind immer Ansatz und Ansporn für die Entwicklungsabteilungen.
Dr. Björn-Thoralf Erxleben
Senior Manager, Shimadzu Europe GmbH
