19. Mai 2022

Wir freuen uns sehr, mit Herrn Dr. Joachim Weiss einen international anerkannten Fachmann im Bereich Ionenchromatographie im Klinkner & Partner-Expertenteam begrüßen zu dürfen. Aus diesem Anlass führte Dr. Roman Klinkner das nachfolgende interessante Gespräch mit Herrn Dr. Weiss mit vielen fachlichen, aber auch persönlichen Einblicken.





Sehr geehrter Herr Dr. Weiss, Ihr Weg führte Sie vom Anwendungschemiker bei der Dionex Corporation bis zum technischen Direktor bei Thermo Fisher Scientific. Was haben Sie in Ihrer Karriere gelernt, was Sie jungen Analytiker:innen ans Herz legen möchten?

Vor allem Leidenschaft entwickeln für die Arbeit, für die man sich entschieden hat. Aus Fehlern lernen. Niemand ist fehlerfrei, aber man muss alles daran setzen, diese Fehler möglichst nicht zu wiederholen. Ab und an die „Komfortzone“ verlassen. Als ich damals das Angebot der deutschen Dionex-Niederlassung annahm, war ich der dritte Mitarbeiter in dieser Firma. Meine Studienkollegen haben mich deshalb für vollkommen verrückt erklärt, aber getreu dem Motto, wer kein Risiko eingeht, kann auch nicht angenehm überrascht werden, muss man Gelegenheiten erkennen, um sich zu entwickeln und sich damit zu einem „unentbehrlichen“ Mitarbeitenden zu machen. Geht es schief, braucht man immer einen Plan B. In diesem Zusammenhang halte ich auch das „out-of-the-box“-Denken für extrem wichtig; nicht immer in eingefahrenen Schemata denken. Ganz wichtig heutzutage sind eine klare Kommunikation und gute englische Sprachkenntnisse, da Besprechungen vor allem in international operierenden Firmen nicht mehr in Deutsch abgehalten werden.

 
Welche Bedeutung und Verbreitung hat die Ionenchromatographie heute - aus globaler Perspektive betrachtet?

Die Ionenchromatographie hat sich in den mehr als 45 Jahren seit ihrer Einführung zur dominierenden Methode in der Ionenanalytik entwickelt. Da uns ionogene Komponenten in allen Bereichen unseres Lebens begegnen, ist es nicht verwunderlich, dass die IC heutzutage in fast allen Industriezweigen eingesetzt wird. Dies liegt unter anderem auch an der schon frühzeitig einsetzenden Standardisierung dieser Methode in den verschiedensten Gremien im In- und Ausland. Begonnen hat alles mit den Kraftwerkschemikern, die als erste die besondere Bedeutung dieser Methode für die Korrosionsbekämpfung in ihren Dampfkreiserzeugern erkannt haben. Auch Industriebetriebe, die Haushaltsprodukte wie Wasch- und Reinigungsmittel produzieren, haben bereits Anfang der 1980iger Jahre nasschemische Analysenverfahren auf Ionenchromatographie umgestellt. Heutzutage entfallen je 30 % aller Anwendungen auf die Umweltanalytik und – erstaunlicherweise – auf den Bereich der Lebenswissenschaften. Dennoch ist die IC aus vielen anderen Bereichen wie der Lebensmittel-, der Halbleiter-, galvanischen und pharmazeutischen Industrie nicht mehr wegzudenken. Selbst die petrochemische Industrie, die naturgemäß vor allem Gaschromatographie einsetzt, ist beispielsweise bei der Schwefelspeziation in Erdgas und Erdölprodukten auf die IC angewiesen. Dies reicht bis hin zur Geologie, die z. B. im südlichen Afrika bei der Uran-Prospektion auf die Lanthanid-Analyse per IC angewiesen ist.

 
Anorganische Anionen und Kationen kennen wir alle schon aus der Schule! Für deren Bestimmung wurde die "IC" ja einmal erfunden. Heute geht es aber vermehrt auch um organische, teilweise hochmolekulare ionische bzw. polare Verbindungen - wie sieht es da aus?

Nicht allen Analytikern ist bekannt, dass die Kationenaustausch-Chromatographie in den letzten Jahren für die Analyse von trunkierenden Mutationen therapeutisch genutzter Proteine wie monoklonale Antikörper (mAbs) die höchste Auflösung bietet und damit zum Gold-Standard avanciert ist. So lassen sich mit dieser Methode Protein-Varianten bis zur Basislinie trennen, die sich lediglich um eine Aminosäure unterscheiden, und dies bei einem Molekulargewicht von ca. 160 kDa. Nun können wir uns streiten, ob man dies als IC oder als HPLC bezeichnet, Fakt ist jedoch, dass die Ionenaustausch-Chromatographie seit vielen Jahren nicht mehr nur zur Analyse anorganischer Ionen eingesetzt wird. Bei der Analyse von Protein-Aggregaten stößt die Kationenaustausch-Chromatographie allerdings an ihre Grenzen, da die resultierenden Molekulargewichte einfach zu hoch sind; hier ist die Ausschluss-Chromatographie die bessere Wahl. Ähnliches gilt für die Chromatographie von Oligosacchariden, die bis zu Molekulargewichten von etwa 10 kDa mit höchster Auflösung per Anionenaustausch-Chromatographie getrennt werden können. Dies ist beispielsweise für die Lebensmittel-Industrie (Analyse von Polyglucanen und Polyfructanen), für die klinische Analytik (Nephrologie) und für die Lebenswissenschaften (Charakterisierung von Glycoproteinen) von großer Bedeutung.

 
Die IC verbindet man ja primär mit dem Ionenaustausch. Welche anderen Trennmechanismen kann man zusätzlich nutzen und worauf ist dabei zu achten?

Es kommt ganz darauf an, wie weit man den Begriff „IC“ fasst. Für mich ist die IC heutzutage ein Sammelbegriff für alle Verfahren, mit denen man Ionen trennen und detektieren kann. Obwohl sie eine deutlich geringere Bedeutung besitzt, sollte man die Ionenausschluss-Chromatographie jedoch nicht unterschlagen, die vor allem für die Analyse schwach dissoziierter anorganischer und organischer Säuren eingesetzt wird. Nachteilig ist die sehr begrenzte Auflösung und der Mangel an modernen Trennphasen. Die Hydrophilic Interaction Liquid Chromatography (HILIC) wird von vielen vermehrt ins Spiel gebracht, da sich diese Trennmethode für die Analyse hoch polarer Verbindungen eignet und somit auch zur Trennung von Ionen herangezogen werden kann. Den Hype um diese Methode kann ich allerdings nicht ganz nachvollziehen, da HILIC wie jede andere flüssigkeitschromatographische Methode Vor- und Nachteile aufweist. Während die HILIC für die Screening-Analyse von Ionen ungeeignet ist, sehe ich in dieser Methode eine willkommene Alternative für die Trennung einzelner ionischer Komponenten, die zudem mit konventionellen HPLC-Systemen durchgeführt werden kann. Auch die konventionelle Umkehrphasen-Chromatographie sollte man nicht vergessen, wenn es beispielsweise um die Bestimmung langkettiger Fettsäuren geht. Für die simultane Trennung von Anionen und Kationen, beispielsweise zur Analytik von Gegen-Ionen pharmazeutischer Wirkstoffe, werden heute vermehrt bi- und trimodale Phasen eingesetzt, die mehr als einen Trennmechanismus unterstützen.

 
Was sind für Sie die drei wichtigsten Trends in der weiteren Entwicklung der Flüssigkeitschromatographie?

An erster Stelle steht sicherlich die Transformation von der konventionellen HPLC zur U-HPLC. Die dafür notwendigen Trennmaterialien mit Partikeldurchmessern von <3 µm erfordern jedoch eine Gerätetechnik mit deutlich höherer Druckstabilität, die mittlerweile in der Spitze bei 150 MPa angekommen ist. Trennmaterialien mit kleinen Partikeldurchmessern ermöglichen einen höheren Probendurchsatz ohne nennenswerten Verlust an Trennleistung und damit eine Steigerung der Labor-Produktivität. Andererseits sind sie die Basis für hochauflösende Trennungen, die selbst bei Einsatz der massenselektiven Detektion für die Mehrzahl der Anwender von großer Bedeutung sind.
Als zweiten Trend würde ich den sprunghaft ansteigenden Einsatz der Kopplung der Chromatographie mit spektrometrischen Methoden wie ICP und MS sehen. Zur Verdeutlichung: bereits jetzt wird jedes dritte neu verkaufte HPLC-System mit einem Massenspektrometer gekoppelt. Die Vorteile liegen auf der Hand, da man auf diese Weise das Beste aus beiden Welten miteinander verbindet. Hochauflösende Chromatographie in Kombination mit hochauflösender Massenspektrometrie erschließt uns Möglichkeiten, um beispielsweise die Forschung im Bereich Glycomics oder Metabolomics weiter voranzubringen. Diesen Trend versucht man seit einigen Jahren auf die Trennwissenschaften selbst zu übertragen. Mit Hilfe von Mixed-Mode-Phasen können beispielsweise Trennungen erzielt werden, die mit klassischer RP- oder Ionenaustausch-Chromatographie nicht möglich waren.
Lassen Sie mich noch einen dritten Trend hinzufügen: man kann die Bedeutung von Software-Entwicklungen zur Steuerung von Chromatographie-Systemen und zur Datenauswertung nicht genug betonen. Hardware-Entwicklungen gehen heutzutage einher mit der Entwicklung von immer leistungsfähigeren Chromatographie-Datensystemen, mit denen beispielsweise nicht nur die Methodenentwicklung und Validierung von Methoden nach ICH-Richtlinien, sondern auch immer wiederkehrende Arbeitsabläufe automatisiert werden können.

 
Das "Handbook of Ion Chromatography" gilt als internationales Standardwerk. Es hat den unglaublichen Umfang von über 1500 Seiten – und ist Ihr Werk. Was treibt Sie an, solch dicke Bretter zu bohren?

Wenige Jahre nach meinem Berufseintritt wurde ich gebeten, ein IC-Booklet zu verfassen, um unseren Anwendern etwas Schriftliches zu diesem Thema an die Hand zu geben. Aus dem Booklet wurde ein kleines Buch, das im Eigenverlag erscheinen sollte. Just zu dieser Zeit rief mich der damalige Cheflektor des VCH-Verlags an und fragte, ob ich schon mal darüber nachgedacht habe, ein Buch zum Thema IC zu schreiben. Am nächsten Tag saß er in meinem Büro und las 20 Seiten des Manuskripts. Sein Kommentar: Wenn wir die Rechte zu diesem Buch bekommen, drucken wir wie geschrieben. So erschien dieses Buch 1985 im VCH-Verlag. Ich ahnte zum damaligen Zeitpunkt nicht, was zukünftig an Arbeit auf mich zukommen wird, sonst hätte ich es mir vielleicht anders überlegt. Mit der zweiten Auflage Jahre später wollte ich nicht nur die neuesten Entwicklungen einarbeiten, sondern vieles besser machen. Die dritte, schon zweibändige Auflage schreibt man nicht mehr „für den Namen“, sondern als Hommage an den Verlag, der es schon damals als Referenzwerk bezeichnete. Die neueste 4. Auflage (dreibändig) schließlich ist vom Zeitaufwand her nur meiner Leidenschaft für dieses Fachgebiet geschuldet.

 
Sie sind Dozent für Chromatographie an der Universität Innsbruck. Was geben Sie Ihren Studierenden in Ihren Vorlesungen mit auf den Weg?

Neben der Vermittlung des reinen Stoffwissens ist es mir ein großes Anliegen, den Studierenden aufzuzeigen, dass die Analyse komplexer Stoffgemische eine eigenständige Wissenschaft ist und nicht, wie an vielen Universitäten praktiziert, von anderen Disziplinen am Rande miterledigt wird. Außerdem gebe ich mir viel Mühe, den Studierenden aufzuzeigen, wie man mit viel Kreativität und den berühmten W-Fragen (was, wieviel, worin usw.) durch Wahl des geeigneten Trennsystems und der eventuellen Probenvorbehandlung aus dem großen Methoden-Pool die beste und kostengünstigste Methode auswählt. Dies ist oftmals nicht die, mit der man am besten vertraut ist. Da bekanntlich viele Wege nach Rom führen gibt es auch in der analytischen Chemie in der Regel mehrere Lösungen für eine gegebene analytische Fragestellung. Hier stehen nicht nur die Robustheit, sondern auch die Kosten im Vordergrund, Aspekte, die in der Hochschulausbildung traditionell kaum Berücksichtigung finden. Ein letzter Punkt: aufgrund meiner jahrelangen Tätigkeit in der Industrie ist für mich der Praxisbezug in meinen Vorlesungen von großer Bedeutung. Die Studierenden sind immer wieder überrascht, dass selbst exotische Problemlösungen sehr oft gängige Praxis in großen analytischen Laboratorien sind.

 
Künftig werden Sie auch für Klinkner & Partner Chromatographie-Kurse durchführen, aber auch als Inhouse-Trainer und Berater tätig sein. Was reizt Sie daran?

In meinem Berufsleben war für mich die Lehre immer von großer Bedeutung, ob für Studierende an der Universität oder für Kunden und Kollegen in externen oder internen Schulungen. Je mehr Erfahrung man sich selbst aneignet, desto wichtiger ist es, diese an die nachfolgenden Generationen weiterzugeben. Klinker & Partner mit seinem Schulungsangebot rund ums Labor bietet hierfür eine hervorragende und sehr bekannte Plattform.

 
Sie sind geborener Berliner, wohnen in der Nähe von Frankfurt und lehren an der Leopold-Franzens-Universität Innsbruck. Ihr Job führte Sie quer durch die Welt - wo gefällt es Ihnen am besten?

Diese Frage hat man mir schon öfters gestellt, ich kann sie jedoch nicht pauschal beantworten. Es hängt sehr davon ab, nach welchen Kriterien man das „Gefallen“ beurteilt. Geht es um die Unberührtheit und Vielfältigkeit der Natur, gehört Neuseeland zu den schönsten Ländern, die ich je besucht habe, aber auch der Westen der USA mit seinen atemberaubenden Nationalparks ist landschaftlich faszinierend. Die wohl freundlichsten Menschen sind mir in Thailand begegnet; nicht umsonst nennt man Thailand auch das „Land des Lächelns“. Die höflichsten Menschen habe ich – getreu des Klischees – in Japan getroffen und die Lebensfreude der Brasilianer – speziell der Cariocas in Rio de Janeiro – war immer ansteckend. In kulinarischer Hinsicht sind die vegetarischen Gerichte Indiens und generell die Küche Südostasiens für mich ein Highlight. Da ich mich sehr für Archäologie interessiere, waren Besuche der Ausgrabungsstätten in Israel ein unvergessliches Erlebnis. Trotz der Strapazen langer Flugreisen habe ich es immer als Geschenk betrachtet, so viele Länder dieser Welt in dienstlichem Auftrag bereist zu haben. 


Vielen Dank für das interessente Gespräch. Wir freuen uns auf eine erfolgreiche Zusammenarbeit und viele gelungene Seminare, Inhouse-Schulungen und Beratungseinsätze.


Neu im Programm von Klinkner & Partner: "Methodenschule Ionenchromatographie" mit Dr. Joachim Weiss:

Methodenschule Ionenchromatographie - IC für Einsteiger am 18.08.2022, oder am 01.12.2022
Methodenschule Ionenchromatographie - IC für Fortgeschrittene am 25.08.2022 oder am 08.12.2022
Methodenschule Ionenchromatographie - IC für Spezialisten am 01.09.2022 oder am 15.12.2022