Auch das moderne Labor kommt ohne Schläuche nicht aus. Als Zuleitungen stellen sie die Wasserzirkulation im Liebig-Kühler sicher und versorgen den Bunsenbrenner mit Brenngas. Und um Unterdruck in Exsikkatoren oder Versuchsaufbauten zu erzeugen, bedarf es nicht nur einer Vakuumpumpe – es werden auch die passenden Vakuumschläuche benötigt. Abhängig von ihrem Einsatzbereich werden in der Schlauchtechnik Schlauchwerkstoffe und Schlauchausführungen mit den unterschiedlichsten Eigenschaften entwickelt und eingesetzt.
In der analytischen und präparativen Chemie werden Schläuche benötigt, die sehr hohe Anforderungen erfüllen müssen. Laborschläuche, die in der Massenspektrometrie zum Einsatz kommen, müssen hohen Temperaturen standhalten können und vakuumgeeignet sein.
In der Hochleistungsflüssigkeitschromatographie oder HPLC (high performance liquid chromatography) müssen Schläuche hohen Drücken standhalten, trotzdem in bestimmten Bereichen der Anlage flexibel sein, ein geringes Adhäsionsvermögen aufweisen und möglichst gasdicht sein. Auch die chemische Beständigkeit, insbesondere gegenüber Lösungsmitteln, ist eine wichtige Voraussetzung.
Aufbau einer HPLC-Anlage
Die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie dient dem Trennen von Substanzgemischen für analytische oder präparative Zwecke. Eine Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Anlage besteht im Wesentlichen aus fünf Komponenten:
Das Herzstück ist ein Computer, der die Anlage über eine HPLC-Software steuert und die Ergebnisse auswertet. Die Injektionseinheit, auch Autosampler genannt, spritzt ein gelöstes Stoffgemisch in das Flussmittel, den Eluenten bzw. die mobile Phase, welches die Anlage durchläuft.
Eine Pumpe befördert die mobile Phase, welche das Stoffgemisch enthält, durch die Trennsäule, auch stationäre Phase genannt. Zu Anfangszeiten der HPLC wurden Trennsäulen überwiegend mit amorphem Siliciumdioxid gepackt, auch als Kieselgel oder Silicagel bekannt. Kieselgel ist nach wie vor ein häufig eingesetztes, kostengünstiges Basismaterial für die HPLC, auch wenn heutzutage Säulen auf Polymer-Basis erhältlich sind.
Abhängig von ihren physikalischen Eigenschaften werden die Substanzen des Stoffgemisches stärker oder weniger stark in der Trennsäule festgehalten. Man nennt dies Adsorption. Dadurch brauchen die Bestandteile des Stoffgemisches unterschiedlich lange um die stationäre Phase zu durchlaufen und kommen zeitversetzt beim Detektor an.
Der Detektor registriert die bei ihm eingehende Verbindung und gibt ein Signal, Peak genannt, aus. Die Zeit, die von der Probenaufgabe bis zum Peakmaximum eines Stoffes vergeht, wird Retentionszeit genannt. Die Peaks der einzeln ankommenden Stoffe werden mit Hilfe der HPLC-Software in einem Chromatogramm dargestellt. Dieses Chromatogramm zeichnet über die Fläche der Peaks die Mengenverhältnisse der einzelnen Substanzen in Abhängigkeit von der Retentionszeit auf.
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Praktische Anwendungen der Hochdruckflüssigkeitschromatographie finden sich sowohl in der präparativen Chemie zur Trennung eines Stoffgemisches als auch in der analytischen Chemie, beispielsweise bei der Identifizierung von Giften und ihrer Abbauprodukte in Haut und Haaren.
Anforderungen an HPLC-Schläuche und HPLC-Kapillare in der Hochleistungschromatographie
Die Komponenten einer Hochleistungsflüssigkeitschromatographie-Anlage sind über Kapillarschläuche verbunden. Abhängig vom Flussmittel und vom Druck, der von der Fließgeschwindigkeit, dem Durchmesser der HPLC-Schläuche und dem Säulenmaterial abhängt, werden unterschiedliche Materialien benötigt.
Grundsätzliche Anforderungen an HPLC-Kapillare sind Alterungsbeständigkeit, Freiheit von extrahierbaren Bestandteilen, Gasdichtigkeit, gute Gleiteigenschaften sowie keine Absorption von Stoffen aus dem Eluenten. Der präparative Bereich erfordert dort, wo eine besondere Reinheit und Schadstofffreiheit der Produkte unabdingbar ist, zusätzlich noch physiologisch unbedenkliche, biokompatible, geruchs- und geschmacksfreie HPLC-Schläuche.
Kunststoffschläuche für die HPLC
Kapillarschläuche aus PEEK
HPLC-Schläuche aus PEEK (Polyether-Etherketon) zeichnen sich durch ihre hervorragende mechanische Festigkeit bei gleichzeitig guter Flexibilität aus. PEEK ist chemisch beständig gegenüber vielen organischen Lösungsmitteln, Säuren Alkoholen und aliphatischen Kohlenwasserstoffen. Unbeständig sind PEEK-Schläuche jedoch gegenüber Tetrahydrofuran, konzentrierte Mineralsäuren und einige halogenierte Kohlenwasserstoffe.
HPLC-Schläuche aus fluorierten Kunststoffen: PFA, PTFE, ETFE
Schläuche aus fluorierten Kunststoffen verbinden eine hohe mechanische Festigkeit und hohe Gleitfähigkeit mit einer sehr guten chemischen sowie thermischen Beständigkeit. Trotz der guten Druckbeständigkeit dieser Kapillarschläuche sind sie nach wie vor flexibel und biegsam, jedoch nicht elastisch. Vorsicht ist jedoch bei Lösungen von Alkalimetallen sowie elementarem Fluor geboten: diese Medien vermögen es, fluorierte Kunststoffe anzugreifen.
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Schläuche aus PFA (Perfluoralkoxy) besitzen einen sehr geringen Reibungskoeffizienten, ein sehr gutes Antiadhäsionsverhalten und können im Druckbereich einer Flüssigchromatographie-Anlage eingesetzt werden. Sie sind temperaturbeständig zwischen -260 °C bis +260 °C.
Schläuche und Kapillare aus PTFE (Polytetrafluorethylen) sind Förderschläuche für den Einsatz im Niederdruckbereich einer HPLC. Ihre chemische Beständigkeit ist nahezu universell gegeben, doch ihre Steifigkeit, Festigkeit und Härte fällt im Vergleich zu anderen fluorierten Kunststoffen niedriger aus. PTFE zeigt eine hervorragende Stabilität gegenüber Säuren, Laugen, Lösungsmitteln, Alkoholen, Ketonen und vielen anderen Medien. Die Temperaturbelastbarkeit erstreckt sich von -200 °C bis +260 °C, je nach Schlauchausführung.
Schläuche aus ETFE (Ethylen-Tetrafluorethylen) sind Kunststoffschläuche für metallfreie HPLC-Systeme. Das Copolymer aus Ethylen und Tetrafluorethylen besitzt eine hohe mechanische Festigkeit, ist physiologisch absolut unbedenklich und geeignet für die Trennung bioaktiver Stoffe. Kapillaren aus ETFE sind zum Fördern von Laugen, Säuren und Lösungsmitteln geeignet, und zwar im Temperaturbereich von -200 °C bis +150 °C.
HPLC-Schläuche aus Metall
Edelstahlkapillare sind nahtlos gezogene Rohre aus den Edelstahl-Legierungen 1.4301 oder 1.4401. Schläuche aus Edelstahl sind hochdruckfest und besitzen eine absolut glatte Innen-Oberfläche. Für die HPLC stehen sie in Nennweiten von 0,13 mm bis 4,60 mm zur Verfügung.
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Glasbeschichtete Edelstahlkapillare sind für absolut inerte Chromatographie-Systeme prädestiniert. Sie sind mit einer absolut spiegelglatten Glasbeschichtung ausgestattet und in ihrer Korrosionsfestigkeit und Biokompatibilität unübertroffen. Auch besonders aggressive Medien, wie starke Säuren und Laugen, vermögen es nicht, die Glasbeschichtung zu zerstören. Sie sind für den Dauereinsatz bis +500 °C geeignet und finden Verwendung in Chromatographie-Systemen und der Massenspektrometrie.
HPLC-Kapillare aus Titan sind hochdruckfest und für die HPLC sensibler und bioaktiver Stoffe geeignet. Reinst-Titan vereint höchste chemische Widerstandsfähigkeit mit Biokompatibilität und kann auch bei stark salzhaltigen sowie stark sauren Eluenten eingesetzt werden.
Trenner und Verbinder für Schläuche
Um das Zuschneiden von Kunststoffschläuchen und Edelstahlkapillaren zu erleichtern, werden passende Trenner, Sägen und Cutter für Schläuche und Kapillare angeboten.
Mit einfachen Kapillar-Trennern und Schlauchabschneidern können Kunststoffschläuche und Elastomerschläuche gerade und gratfrei zugeschnitten werden. Für festere Kapillaren aus Titan und Edelstahl stehen passende Rohrsägen, Rohrtrenner und Metallkapillaren-Cutter zur Verfügung.
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Zum werkzeugfreien Verbinden, Verlängern und Verzweigen werden HPLC-Verbinder aus Kunststoff sowie HPLC-Verbinder aus Metall angeboten.
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