DE19807063A1 - Gepackte Kapillaren, insbesondere für die Enantiomerentrennung - Google Patents
Gepackte Kapillaren, insbesondere für die EnantiomerentrennungInfo
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Description
Es wurde ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung von Kapillaren
gefunden, bei denen nur ein unbedeutender kurzer Teil des Sorbensbettes
erhitzt werden muß, und dennoch ein stabiles Sorbensbett erzeugt wird.
Dieses Verfahren ist insbesondere für die Anwendung bei chiralen Trenn
materialien geeignet. Die erfindungsgemäß hergestellten Trennkapillaren
eignen sich besonders gut für die HPLC. Somit wird eine stabile mit
Sorbens gepackte miniaturisierte Trennkapillare bereitgestellt.
Gegenstand der Erfindung sind mit partikulären Sorbentien gepackte Kapil
laren, die über die gesamte Länge einen konstanten Innendurchmesser
aufweisen, wobei das Sorbensbett durch verfestigte Bereiche begrenzt ist,
die durch Hitzebehandlung erzeugt werden. Gegenstand der Erfindung
sind insbesondere solche Kapillaren, die mit einem chiralen Sorbens ge
füllt sind.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung
erfindungsgemäßer mit partikulären Sorbentien gepackten Kapillare
umfassend folgende Arbeitsschritte:
- a) Verschließen eines Endes einer handelsüblichen fused-silica Kapillare mit einer Fritte;
- b) Befestigung eines Reservoirs am anderen Ende besagter Kapillare;
- c) Bereitstellen einer homogenen Suspension eines partikulären Sorbens in einem Lösungsmittel;
- d) Einfüllen der besagten Suspension in das Reservoir;
- e) Füllen der Kapillare mit Sorbens aus dem Reservoir durch Druckfiltration;
- f) Austausch des Lösungsmittels gegen Wasser;
- g) Erhitzen schmaler mit Sorbens gefüllter Zonen der Kapillare an beiden Enden des Sorbensbettes, wobei durch Hitzebehandlung des Sorbens eine Fritte entsteht.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich die Verwendung von erfindungs
gemäßen mit partikulären Sorbentien gepackte Kapillare für die Trennung
mindestens zweier Substanzen, insbesondere mittels Flüssigkeitschroma
tographie.
Die Abb. 1 bis 6 stellen Elutionsdiagramme von Trennungen ver
schiedener Racemate dar; experimentelle Einzelheiten sind in den Anwen
dungsbeispielen A bis F beschrieben.
Die erfindungsgemäß verwendeten fused-silica Kapillaren sind bekannt; ihr
Innendurchmesser beträgt 5 µm bis ca. 500 µm, ihre Länge 3 cm bis ca. 1 m.
Weitere Einzelheiten sind dem Fachmann bekannt und beispielsweise
auch in den genannten Dokumenten zum Stand der Technik beschrieben.
Bevorzugt werden Kapillaren mit einem Innendurchmesser zwischen 50
und 150 µm verwendet.
Erfindungsgemäß geeignete partikuläre Sorbentien bestehen bevorzugter
weise aus Kieselgel (SiO2). Kieselgel kann ohne weiter Veränderung als
Sorbens verwendet werden. Um die Variationsmöglichkeiten für die Tren
nung zu vergrößern, ist es aber üblich, den Basisträger (SiO2) zu derivati
sieren und Separationseffektoren einzuführen. Derartige Separations
effektoren bewirken die Trennung. Entsprechend dem Trennprinzip (z. B.
Ionenaustausch- oder reversed phase Chromatographie oder Enantio
merentrennung) werden in dem Fachmann bekannter Weise geeignete
Gruppierungen (z. B. für die Ionenaustauschchromatographie SO3H- oder
COOH-Gruppen, für die reversed-phase Chromatographie z. B. C18-Alkyl-
oder Phenylgruppen und für Enantiomerentrennungen chirale Gruppen
eingeführt. Die erfindungsgemäß verwendeten partikulären Sorbentien
können porös oder unporös sein; ihre Partikelgröße beträgt bevorzugter
weise 2 bis 10 µm (mittlere Partikelgröße; Median); kleinere Sorbensparti
kel können grundsätzlich ebenfalls verwandt werden. In Kapillaren mit
größerem Innendurchmesser (z. B. 300 µm) können auch größere Sorbens
partikel verwandt werden (z. B. 15 µm). Die Partikelgröße hängt also in
dem Fachmann einsichtlicherer Weise mit dem Innendurchmesser der ver
wendeten Kapillare zusammen.
Chirale Trennmaterialien für die Trennung von Enantiomeren sind in
großer Anzahl im Stand der Technik bekannt. Diese chiralen Trenn
materialien bestehen entweder aus der chiralen Verbindung selbst (zum
Beispiel Cellulosetriacetat) oder aber ein chiraler Separationseffektor ist
auf einen Basisträger aufgezogen oder chemisch an einen Basisträger
gebunden. Dabei können sowohl Kieselgele als auch organische Poly
mere als Basispolymer dienen; Trennmaterialien mit Kieselgel (SiO2) als
Basisträger sind erfindungsgemäß bevorzugt. Außerdem ist es möglich,
chirale Separationseffektoren, die mit einer stationären Phase in Wech
selwirkung treten, dem Elutionsmittel zuzusetzen (dynamische Belegung).
Chirale Separationseffektoren sind in großer Zahl bekannt; die wichtigsten
Gruppen bekannter chiraler Separationseffektoren sind:
- a) Aminosäuren und ihre Derivate, z. B. L-Phenylalanin, oder D-Phenyl alanin, Ester oder Amide von Aminosäuren oder acylierte Aminosäuren oder Oligopeptide;
- b) natürliche und synthetische Polymere mit einer Asymmetrie oder Dis symmetrie in der Hauptkette; dazu gehören Proteine (z. B. saures α1- Glycoprotein, Rinderserumalbumin, Cellulase; siehe J. Chrom. 264, Seiten 63-68 (1983), J. Chrom. 269, Seiten 71-80 (1983), WO 91/12 221), Cellulose und Cellulosederivate, sowie andere Polysaccharide und deren Derivate (z. B. Cellulosetribenzoat, Cellulosetribenzylether, Cellulose-trisphenylcarbamat, Cellulose-tris-3-chlorobenzoat, Amylose tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat), Cellulose-tris-(3,5-dimethylbenzoat), Cellulose-tris-(3,5-dimethylphenylcarbamat); siehe EP 0 147 804, EP 0 155 637, EP 0 718 625);
- c) Cyclodextrine und Cyclodextrinderivate (z. B. J. High Resol.Chrom. & Chromat. Comm 3 Seiten 147-148 (1984); EP 0 407 412; EP 0 445 604);
- d) Polymere mit Asymmetriezentren in der Seitenkette (z. B. EP 0249 078; EP 0 282 770; EP 0 448 823);
- e) Polymere, die um chirale Strukturen polymerisiert werden ("inprint"- Polymere (z. B. J. Chromat. 707, Seiten 199-203 (1995); J. Chromat. 694, Seiten 3-13 (1995)).
Die Trennkapillare wird bevorzugterweise nach dem bekannten Suspen
sionsverfahren gepackt. Dazu wird das Sorbens in einem Lösungsmittel
suspendiert. Die Suspension wird gegebenenfalls homogenisiert, z. B.
durch Behandlung mit Ultraschall, und in ein Reservoir, das mit der zu
füllenden Kapillare verbunden ist, gefüllt. Die Kapillare ist am anderen
Ende mit einer Fritte geschlossen. Anschließend wird Lösungsmittel durch
das Reservoir in die Kapillare gepumpt und somit das Sorbensbett in der
Kapillare erzeugt. Als Reservoir kann beispielsweise eine in der Chroma
tographie übliche Vorsäule dienen. Für die Säulenpackung geeignete
Lösungsmittel und Lösungsmittelgemische, sowie die weiteren Parameter
(z. B. Porendurchmesser der Fritte, Druck und Fördergeschwindigkeit beim
Packen der Säule, Wahl der Pumpe) sind dem Fachmann bekannt und in
Handbüchern beschrieben.
Für das Packen der Kapillare werden im allgemeinen organische
Lösungsmittel benutzt; die Hitzebehandlung zur Erzeugung der Fritten
erfolgt bevorzugterweise in wäßriger Umgebung. Deswegen wird das für
das Packen der Säule verwendete Lösungsmittel gegen Wasser
ausgetauscht, indem man, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines
mit Wasser gut mischbaren organischen Lösungsmittels, Wasser durch die
gepackte Säule pumpt. Diese Vorgehensweise ist dem Fachmann
vertraut.
Die Bedingungen für die Hitzebehandlung, die zur Erzeugung der Fritten
führt, sind grundsätzlich bekannt: Besonders gut geeignet ist eine Draht
schlaufe aus Ni-Cr-Draht; der Strom wird so eingestellt, daß (in Abhängig
keit vom Durchmesser der Kapillare) für ca. 30 Sekunden bis ca. 2 Minuten
die für die Fritte vorgesehene Stelle der gepackten Kapillare erhitzt wird.
Dabei entstehen im Innern der Kapillare typischerweise Temperaturen
zwischen 100 und 400°C.
Das Verfahren für die Herstellung von fused-silica Kapillaren, Innendurch
messer 75-100 µm, die mit chiralen chromatographischen Sorbentien ge
füllt sind, wird in den Beispielen im Detail beschrieben. Diese Kapillaren
erlauben die "nano-scale" Enantiomerentrennung in normal-phase und
reversed-phase HPLC, als auch in der Kapillarelektrochromatographie.
Auch ohne weitere Ausführungen wird davon ausgegangen, daß ein Fach
mann die obige Beschreibung im weitesten Umfang nutzen kann. Die be
vorzugten Ausführungsformen und Beispiele sind deswegen lediglich als
beschreibende, keineswegs als in irgendeiner Weise limitierende Offen
barung aufzufassen.
Die vollständige Offenbarung aller vor- und nachstehend aufgeführten
Anmeldungen, Patente und Veröffentlichungen sind durch Bezugnahme in
diese Anmeldung eingeführt.
Eine 40 cm lange kommerziell erhältliche fused-silica Kapillare mit einem
Innendurchmesser von 100 µm wird auf der einen Seite mit einer kommer
ziell erhältlichen metallischen HPLC-Fritte verbunden. Die andere Seite
wird mit einer HPLC-Vorsäule (4.6×50 mm) verschraubt, die als Reservoir
für die Suspension des Packungsmaterials dient. 50 mg des chiralen
Sorbens (kovalent an Silicagel gebundenes chirales Polyacrylamid; Parti
keldurchmesser 5 µm; ChiraSpher®, Fa. Merck KGaA; Darmstadt, DE)
werden in einem n-Hexan/2-Propanol-Gemisch (9/1 (V/V)) suspendiert und
15 Minuten im Ultraschallbad behandelt. Die Suspension wird in die Vor
säule gefüllt und der Druck langsam auf 400-600 bar gesteigert. Nach Er
reichen des gewünschten Drucks wird für weitere 30 Minuten gepumpt,
anschließend wird die Pumpe abgestellt und der Druck langsam abgebaut.
Danach wird für mindestens 60 Minuten Wasser durch die Kapillare ge
pumpt. Anschließend werden die beiden Fritten hergestellt: Dazu erhitzt
man eine möglichst kleine Zone des chiralen Sorbens mit einer Öse aus
Ni-Cr-Draht für 40 Sekunden. Anschließend kann die Kapillare mit dem
organischen oder wäßrigen Fließmittel, das in der chiralen Trennung zum
Einsatz kommen soll, umgespült werden. Bei Verwendung eines leitfähigen
Fließmittels können elektrochromatographische Trennungen durchgeführt
werden.
Entsprechend wie in Beispiel 1 beschrieben wird eine Kapillare mit einem
chiralen Sorbens gefüllt, das Kieselgel als Basisträger und Cellulose-tris-
(3,5-dimethylphenylcarbamat) als Separationseffektor aufweist. Dazu wird
das Handelsprodukt CHIRACEL® OD (Fa. DAICEL, JP) verwendet.
Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde
in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard,
Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem n-
Hexan/1,4-Dioxan/2-Propanol-Gemisch (60/39/1, v/v) umgespült. Danach
wurde das chirale Arzneimittel Lopirazepam (Racemat; 1 mg/ml) mit einem
Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert, und die nano-chromatographi
sche Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar) durchge
führt. Die Basislinientrennung der Enantiomeren wurde erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 1 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
254 nm),
Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde
in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D Hewlett-Packard,
Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem
Methanol/Wasser-Gemisch 60/40, v/v) umgespült. Danach wurde das
chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat; 3 mg/ml) mit
einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert und die nano
chromatographische Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck
(12 bar/2.5 bar Gegendruck) durchgeführt. Die Basislinientrennung der
Enantiomeren wurde erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 2 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
214 nm).
Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde
in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D Hewlett-Packard,
Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem
Methanol/50 mM NaH2PO4-Gemisch (60/40, v/v) umgespült. Danach wurde
das chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat; 3 mg/ml)
mit einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert, und die nano-chroma
tographische Enantiomerentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar/4 bar
Gegendruck) durchgeführt.
Die Basislinientrennung der Enantiomeren wurde erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 3 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
214 nm).
Die nach der obigen Vorschrift (Beispiel 1) gepackte Trennkapillare wurde
in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D, Hewlett-Packard,
Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minuten mit einem
Methanol/50 mM NaH2PO4- Gemisch (60/40, v/v) umgespült. Danach
wurde das chirale diuretische Arzneimittel Bendroflumethiazid (Racemat; 3 mg/ml)
mit einem Druck von 12 bar für 6 Sekunden injiziert, und die kombi
nierte nano-chromatographische/ elektrochromatographische Enantio
merentrennung mit relativ geringem Druck (12 bar/4 bar Gegendruck), und
einer angelegten Spannung von 10 kV durchgeführt. Die Basislinien
trennung der Enantiomeren wurde erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 4 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
214 nm).
Nach der Vorschrift aus Beispiel 2 wurde eine Kapillare mit OD-Material
gefüllt und in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D,
Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30
Minuten mit einem n-Hexan/i-Propanol-Gemisch umgespült. Danach
wurde Stilbenoxid (Racemat; 1 mg/ml) mit einem Druck von 10 bar für 30
Sekunden injiziert und die nano-chromatographische Trennung bei einem
Druck von 10 bar durchgeführt.
Es wurde eine Basislinientrennung der beiden Enantiomeren erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 5 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
214 nm).
Nach der Vorschrift aus Beispiel 2 wurde eine Kapillare mit OD-Material
gefüllt und in ein kommerzielles Kapillarelektrophoresegerät (HP 3D,
Hewlett-Packard, Waldbronn, Deutschland) eingebaut und etwa 30 Minu
ten mit Methanol gespült. Danach wurde Glutethimid (Racemat; 1 mg/ml)
mit einem Druck von 10 bar für 30 Sekunden injiziert und die nano
chromatographische Trennung bei einem Druck von 10 bar durchgeführt.
Es wurde fast eine Basislinientrennung der beiden Enantiomeren erreicht:
Das Elutionsdiagramm ist in Abb. 6 dargestellt (UV-Absorption bei λ =
214 nm).
Die besonderen Eigenschaften dieser Kapillaren umfassen folgendes:
- 1) Die Enantiomerentrennung kann in mindestens drei unterschiedlichen Modi (normal-phase HPLC, reversed-phase HPLC und Elektrochromato graphie) in ein und derselben Kapillare durchgeführt werden. Höchstwahr scheinlich ist die gleiche Kapillare auch für die Enantiomerentrennung in der SFC (supercritical fluid chromatography) geeignet.
- 2) Es ist möglich, hocheffiziente HPLC-Trennungen bei sehr geringem Druck durchzuführen. Das erlaubt die Nutzung von kommerziell erhältlichen Kapillarelektrophorese-Systemen (z. B. HP 3D, Hewlett- Packard, Waldbronn, Deutschland oder MDQ, Beckmann Instruments, Fullerton, CA, USA) zur Durchführung von hocheffizienten chiralen HPLC- Trennungen.
- 3) Die Herstellung der Fritten in der Trennkapillare erlaubt "on capillary"-Detektion, wodurch zusätzliche Übergänge von der Trennkapillare zum Detektor nicht notwendig sind. Gleichzeitig besteht keine Notwendigkeit mehr für spezielle nano-Injektoren und nano- Detektorzellen, wie sie für die Anwendung von konventionellen narrow- und micro-bore HPLC-Kapillaren erforderlich sind.
- 4) Die Herstellung der Kapillaren wird insbesondere dadurch vereinfacht, daß die chiralen Adsorbentien einmalig mit einem Druck von 400-600 bar gepackt werden, und dann beide Fritten (inlet und outlet) in der mit chiralem Adsorbens gefüllten Zone durch kurzfristige lokale Erhitzung hergestellt werden. Dadurch entfällt das mehrmalige Füllen und Entleeren der Kapillare.
Claims (6)
1. Mit partikulären Sorbentien gepackte Kapillare, die über die
gesamte Länge einen konstanten Innendurchmesser aufweist, dadurch
gekennzeichnet, daß das Sorbensbett durch verfestigte Bereiche begrenzt
ist, die durch Hitzebehandlung erzeugt werden.
2. Gepackte Kapillare nach Anspruch 1 enthaltend ein chirales
Sorbens.
3. Verfahren zur Herstellung einer mit partikulären Sorbentien
gepackten Kapillare umfassend folgende Arbeitsschritte:
- a) Verschließen eines Endes einer handelsüblichen fused-silica Kapillare mit einer Fritte;
- b) Befestigung eines Reservoirs am anderen Ende besagter Kapillare;
- c) Bereitstellen einer homogenen Suspension eines partikulären Sorbens in einem Lösungsmittel;
- d) Einfüllen der besagten Suspension in das Reservoir;
- e) Füllen der Kapillare mit Sorbens aus dem Reservoir durch Druckfiltration;
- f) Austausch des Lösungsmittels gegen Wasser;
- g) Erhitzen schmaler mit Sorbens gefüllter Zonen der Kapillare an beiden Enden des Sorbensbettes, wobei durch Hitzebehandlung des Sorbens eine Fritte entsteht.
4. Verwendung einer mit partikulären Sorbentien gepackte Kapillare
nach Anspruch 1 oder 2 für die Trennung mindestens zweier Substanzen.
5. Verwendung nach Anspruch 4, wobei die Trennung durch Flüssig
keitschromatographie erfolgt.
6. Verwendung nach Anspruch 4, wobei die Trennung durch Elektro
chromatographie erfolgt.
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