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HPLC-Säulen-Evolution

Von Superficially Porous Particles bis Sub 2µ-Solid-Core

Die Idee ist nicht neu und trotzdem bestimmt sie die aktuelle Entwicklung im Bereich der HPLC. Die Rede ist von Säulen mit Partikeln, die einen unporösen und festen inneren Kern besitzen, der mit einer porösen Trenphase überzogen ist – also von oberflächenporösen Partikeln (Superficially Porous Particles, SPP). In ihrer modernen Form werden diese auch als Fused-Core-, Core-Shell-, Poroshell- oder Solid-Core-Partikel bezeichnet.

Diese Art von Teilchen wurden bereits vor mehr als 40 Jahren erfolgreich in der Flüssigkeitschromatographie eingesetzt. Basierend auf Arbeiten von Horvath et al. wurden unporöse Glaskugeln mit einer dünnen Schicht einer porösen Phase verbunden.1,2 Ziel war es den langsamen Massentransfer, der durch die Größe der Teilchen (> 40 µm) zu einer starken Peakverbreiterung führte, zu beschleunigen und so schnellere und effizientere Trennungen zu erreichen.

Letzteres ist bis heute die treibende Kraft für neue Entwicklungen im Säulensektor der HPLC. Dabei stand lange die Größe und Regelmäßigkeit der Form der Silicapartikel im Fokus. Auch dies hat sich bis heute kaum geändert. Über Partikelgrößen von 10 µm, 7 µm, 5 µm und 3 µm gelangte man im Laufe der Jahrzehnte zu den Sub2µ-Teilchen, die im Zuge der Entwicklung von UHPLC-Geräten (UPLC®, RRLC®, X-LC®, etc.) die Trenneffizienz der modernen HPLC um ein vielfaches steigern konnten. Abhängig waren die Fortschritte der Phasentechnologie immer von gleichzeitigen Entwicklungen im Gerätesektor. Erst die Möglichkeit bei sehr hohen Drücken/Flüssen und mit einem extrem niedrigen Totvolumen (extra-column volume) zu arbeiten, boten die Chance die Potentiale der Sub2µ-Partikel zu nutzen.

Der nächste Entwicklungsschritt fällt dann aber auf den ersten Blick etwas aus der Reihe: Core-Shell-Partikel waren zunächst wieder größer als 2 µm. Nun könnte man die Auffassung vertreten, dass nur die poröse Schicht zählt. Diese liegt, bei den anfangs üblichen 2,7 µm-Teilchen, bei etwa 0,5 µm. Demnach hätte das Silicateilchen in Summe eine ca. 1 µm dicke Trennschicht. Diese Argumentation wird auch vielfach für die Beschreibung der Leistungsfähigkeit der Core-Shell-Partikel herangezogen. Kurze Diffusionswege beeinflussen den C-Term der van Deemter-Gleichung positiv und so werden mit 2,7µm Teilchen Trenneffizienzen vergleichbar mit Sub2µ-Partikeln bei einem 40-60 % niedrigeren Druck erreicht.

Mehr zur Entwicklung von HPLC-Säulen:

  1. Van Deemter-Kurve
  2. Diffusionswege
  3. Typische Partikelgrößenverteilungen