Labormethoden: Chromatographie
Das moderne Standard-Trennverfahren der analytischen Chemie

Welche Arten der Chromatographie gibt es und wo werden sie eingesetzt?

Es gibt mehrere wichtige Spielarten der Chromatographie, von denen jede spezielle Anwendungsbereiche und Vorteile bietet. Hier sind die wichtigsten:

1. Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC):

   • Funktionsweise: HPLC ist eine Weiterentwicklung der Flüssigchromatographie (LC), bei der ein hoher Druck verwendet wird, um die mobile Phase durch die Säule mit der stationären Phase zu pumpen. Dies ermöglicht eine schnellere Trennung und eine höhere Auflösung.
   • Anwendungen: HPLC wird häufig in der pharmazeutischen Industrie, der Lebensmittelanalyse, der Umweltanalyse und anderen Bereichen verwendet. Sie eignet sich besonders für die Trennung von Verbindungen mit unterschiedlichen Polaritäten und Molekülgrößen

2. Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS):

   • Funktionsweise: LC-MS kombiniert die HPLC mit der Massenspektrometrie (MS), um Verbindungen zu trennen, zu identifizieren und zu quantifizieren. LC trennt die Verbindungen auf, und MS analysiert die Massen und Molekülstrukturen.
   • Anwendungen: LC-MS wird in der pharmazeutischen Analytik, Proteomik, Metabolomik, in den Umweltwissenschaften und vielen anderen Bereichen verwendet, um komplexe Mischungen zu analysieren und unbekannte Verbindungen zu identifizieren.

3. Ionenchromatographie (IC):

   • Funktionsweise: IC ist eine spezielle Form der Flüssigchromatographie, die auf die Trennung von Ionen und ionischen Verbindungen ausgerichtet ist. Sie verwendet eine spezielle stationäre Phase und eine leitfähige mobile Phase.
   • Anwendungen: IC wird hauptsächlich für die Analyse von Anionen und Kationen in Proben wie Trinkwasser, Umweltproben und biologischen Flüssigkeiten eingesetzt.

4. Gaschromatographie (GC):

   • Funktionsweise: GC trennt Verbindungen aufgrund ihrer flüchtigen Natur in einem Gasstrom. Die Probe wird verdampft und in einen Gasstrom eingeleitet, der durch eine Kapillarsäule fließt.
   • Anwendungen: GC-MS wird oft in der forensischen Wissenschaft, Drogenanalytik, in den Umweltwissenschaften und zur Identifizierung von organischen Verbindungen in komplexen Proben eingesetzt.

5. Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS):

   • Funktionsweise: Ähnlich wie LC-MS kombiniert GC-MS Gaschromatographie (GC) mit Massenspektrometrie (MS) zur Trennung und Identifizierung von flüchtigen Verbindungen.
   • Anwendungen: GC-MS wird oft in der forensischen Wissenschaft, Drogenanalytik, in den Umweltwissenschaften und zur Identifizierung von organischen Verbindungen in komplexen Proben eingesetzt.

Die Chromatographie bietet also eine breite Palette von Möglichkeiten zur Analyse von Verbindungen in verschiedenen Proben und Matrices. Sie ist daher ein wichtiges Werkzeug in der modernen analytischen Chemie und wissenschaftlichen Forschung. Je nach Untersuchungsziel kann die am besten geeignete chromatographische Variante gewählt werden. Darüber hinaus ergibt sich durch Variation der stationären und mobilen Phase und der Trennbedingungen eine extreme Breite von Anwendungen.

Was versteckt sich hinter Kürzeln wie FPLC, UPLC, SEC und CDS?

Hinter den Kürzeln FPLC, UPLC, SEC und CDS verbergen sich verschiedene Technologien im Bereich der Chromatographie und der instrumentellen Analytik. Hier ist eine Erklärung für jedes dieser Kürzel:

1. FPLC (Fast Protein Liquid Chromatography):

   • FPLC steht für "Fast Protein Liquid Chromatography" und handelt von einer speziellen Form der Flüssigchromatographie, die zur Trennung von Proteinen und anderen Biomolekülen verwendet wird.
   • Im Gegensatz zur herkömmlichen HPLC (High-Performance Liquid Chromatography) ist FPLC auf die schnelle Trennung von Biomolekülen spezialisiert und verwendet spezielle Säulen und Instrumente, die für diese Anwendungen optimiert sind.

2. UPLC (Ultra-Performance Liquid Chromatography):

   • UPLC steht für "Ultra-Performance Liquid Chromatography" und handelt von einer modernen Form der HPLC, die durch den Einsatz von kleineren Partikeln in der stationären Phase und höherem Druck eine schnellere und effizientere Trennung von Verbindungen ermöglicht.
   • UPLC-Systeme bieten in der Regel eine verbesserte Auflösung und eine schnellere Analyse im Vergleich zur herkömmlichen HPLC

3. SEC (Size-Exclusion Chromatography):

   • SEC steht für "Size-Exclusion Chromatography" und ist eine spezielle Form der Gelchromatographie. Sie wird verwendet, um die Größe von Molekülen in einer Probe zu bestimmen.
   • In SEC-Säulen sind poröse Partikel mit definierter Porengröße enthalten. Größere Moleküle können nicht in die Poren eindringen und bewegen sich schneller durch die Säule, während kleinere Moleküle in die Poren eindringen und länger brauchen, um die Säule zu durchlaufen. Dies ermöglicht die Trennung nach Molekülgröße.

4. CDS (Chromatography Data System bzw. Chromatographie-Daten-System):

   • CDS steht für "Chromatography Data System" und bezieht sich auf eine spezialisierte Software oder ein Computersystem, das zur Steuerung und Datenaufzeichnung von Chromatographiesystemen verwendet wird.
   • Ein CDS ermöglicht die Programmierung von Analysemethoden, die Datenerfassung während der Analyse, die Datenverarbeitung und -auswertung von Chromatogrammen sowie die Erstellung von Berichten. Es dient zur Automatisierung und Dokumentation von chromatographischen Analysen.

Was versteht man in der Chromatographie unter einer "Methode" bzw. "Applikation"?

In der Chromatographie bezieht sich der Begriff "Methode" oder "Applikation" auf ein spezifisches Verfahren oder einen experimentellen Ansatz zur Durchführung einer chromatographischen Analyse. Eine Chromatographiemethode oder -applikation ist ein detailliertes Protokoll, das festlegt, wie eine bestimmte Analyse durchgeführt wird. Diese Methoden enthalten alle notwendigen Informationen, um eine Probe zu trennen, zu identifizieren und/oder zu quantifizieren. Hier sind einige wichtige Aspekte, die in einer Chromatographiemethode oder -applikation enthalten sein können:

1. Chromatographietechnik: Die Methode gibt an, welche Art von Chromatographie verwendet wird, z. B. Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC), Gaschromatographie (GC), Dünnschichtchromatographie (TLC) oder Ionenchromatographie (IC).
2. Stationäre Phase: Die Methode spezifiziert die Art der stationären Phase, die in der Säule verwendet wird. Dies kann ein bestimmtes Säulenmaterial wie Silicagel oder ein stationärer Phasentyp wie eine C18-Phase sein.
3. Mobile Phase: Die Methode legt fest, welche mobile Phase verwendet wird, einschließlich der genauen Zusammensetzung und der Fließgeschwindigkeit.
4. Trennbedingungen: Hier werden die Bedingungen für die Trennung der Analyten festgelegt, einschließlich der Temperatur, des Drucks und des Gradientenprogramms (falls relevant).
5. Detektion: Die Methode gibt an, welcher Detektor verwendet wird, wie beispielsweise UV-Detektor, Fluoreszenzdetektor, Massenspektrometer usw., und wie der Detektor konfiguriert ist.
6. Probenpräparation: Wenn notwendig, werden in der Methode Schritte zur Vorbereitung der Probe vor der Analyse beschrieben, z. B. Extraktion, Derivatisierung oder Verdünnung.
7. Kalibrierung und Quantifizierung: Die Methode legt fest, wie die Kalibrierstandards vorbereitet werden und wie die Quantifizierung der Analyten erfolgt.
8. Validierung: In einigen Fällen werden Informationen zur Validierung der Methode bereitgestellt, einschließlich Genauigkeit, Präzision, Linearität und Nachweisgrenze.
9. Probeninjektion: Die Methode erklärt, wie die Probe in das Chromatographiesystem eingebracht wird, einschließlich des Injektionsvolumens und -modus.
10. Berichterstattung: Alle relevanten Informationen zur Durchführung der Analyse und zur Interpretation der Ergebnisse werden in der Methode dokumentiert.

Chromatographiemethoden oder -applikationen sind äußerst wichtig, da sie sicherstellen, dass die Analyse korrekt, reproduzierbar und nachvollziehbar ist. Sie dienen als Anleitung für Analytiker, um sicherzustellen, dass die richtigen Bedingungen und Verfahren bei der Durchführung der chromatographischen Analyse eingehalten werden.
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Was ist die Validierung einer Methode und woraus besteht sie?

Die Validierung einer Analysen- oder Chromatographie-Methode ist ein entscheidender Schritt, um sicherzustellen, dass die Methode den Anforderungen an Genauigkeit und Zuverlässigkeit entspricht. Die Validierung beinhaltet eine systematische Untersuchung und das Sammeln von Daten, um die Leistung und Zuverlässigkeit der Methode zu bewerten.

Schlüsselparameter der Validierung einer Methode:

1. Genauigkeit: Die Genauigkeit misst, wie nahe die Ergebnisse der Methode an den wahren Werten einer Probe liegen. Dies wird oft durch den Vergleich mit bekannten Standardproben oder Referenzmaterialien bewertet.
2. Präzision: Präzision bezieht sich auf die Fähigkeit der Methode, konsistente Ergebnisse zu liefern, wenn dieselbe Probe wiederholt analysiert wird. Es umfasst die Prüfung der Wiederholbarkeit (Reproduzierbarkeit) und Reproduzierbarkeit (Genauigkeit zwischen verschiedenen Laboren).
3. Linearität: Linearität überprüft, ob die Methode in der Lage ist, eine lineare Beziehung zwischen der Konzentration der Analyten und den gemessenen Signalen herzustellen. Dies ist wichtig, um die Konzentration von unbekannten Proben zu bestimmen.
4. Nachweisgrenze (LOD) und Bestimmungsgrenze (LOQ): Die LOD ist die niedrigste Konzentration eines Analyten, die zuverlässig vom Hintergrundrauschen unterschieden werden kann, während die LOQ die niedrigste Konzentration ist, die mit akzeptabler Genauigkeit und Präzision gemessen werden kann.
5. Robustheit: Die Robustheit einer Methode bezieht sich auf ihre Fähigkeit, akzeptable Ergebnisse unter variierenden Bedingungen (z. B. Temperatur, pH-Wert) zu liefern.

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Wie wird die Validierung einer Methode durchgeführt?

Die Validierung einer Methode erfolgt normalerweise in mehreren Schritten:

1. Methodenentwicklung: Zunächst wird die Methode entwickelt und optimiert, um die besten Trennungs- und Analysebedingungen zu ermitteln.
2. Validierungsplanung: Im Validierungsplan werden Ziele der Validierung, spezifische Anforderungen an die Methode und die genaue Vorgehensweise einschließlich der zu ermittelnden Validierungsparameter dokumentiert .
3. Dokumentation: Alle Validierungsaktivitäten und -ergebnisse müssen sorgfältig dokumentiert werden. Dies beinhaltet die Erstellung eines Validierungsprotokolls, in dem alle durchgeführten Tests und die erhaltenen Ergebnisse festgehalten werden.
4. Validierungsbericht: Die Ergebnisse der Validierung sollten in einem Bericht zusammengefasst werden. Dieser Bericht sollte alle Details der Validierung sowie Schlussfolgerungen und Empfehlungen für die Methode enthalten.
5. Routinemäßige Überprüfung (Revalidierung): Nach der Validierung sollte die Methode regelmäßig überwacht und überprüft werden, um sicherzustellen, dass sie weiterhin genaue und zuverlässige Ergebnisse liefert. Dies umfasst die Durchführung von Kontrollen und Qualitätssicherungsmaßnahmen während des laufenden Betriebs.

Einmal validiert - immer validiert?

Nein, leider nicht! Validierungen müssen von Zeit zu Zeit wiederholt werden. Dazu gibt es zwei Ansätze: ie regelmäßige Validierung und die durch Änderungen (Changes) ausgelöste Validierung. Hier sind die Unterschiede zwischen diesen beiden Arten der Validierung

Regelmäßige Validierung:

1. Zeitplan: Bei der regelmäßigen Validierung erfolgen Validierungsprüfungen in regelmäßigen Abständen, die in einem festgelegten Validierungszeitplan festgelegt sind. Dies kann beispielsweise jährlich oder alle paar Jahre sein.
2. Ziel: Das Hauptziel der regelmäßigen Validierung besteht darin, sicherzustellen, dass die analytische Methode kontinuierlich genaue und zuverlässige Ergebnisse liefert, während sie im Routinebetrieb verwendet wird.
3. Umfang: Die regelmäßige Validierung umfasst oft die Überprüfung der Genauigkeit, Präzision und Linearität der Methode sowie anderer relevanter Validierungsparameter.
4. Proben: In der Regel werden standardisierte oder repräsentative Proben verwendet, um die Leistung der Methode zu bewerten.
5. Dokumentation: Die Ergebnisse der regelmäßigen Validierung werden in Protokollen und Berichten festgehalten und dienen zur Bestätigung, dass die Methode weiterhin ihren spezifizierten Anforderungen entspricht.

Durch Changes (Änderungen) ausgelöste Validierung:

1. Auslösende Ereignisse: Diese Art der Validierung wird durch spezifische Ereignisse oder Änderungen in der analytischen Methode oder im Analyseprozess ausgelöst. Dies können Änderungen an der Methode, an Geräten, an Rohstoffen oder an Herstellungsverfahren sein.
2. Ziel: Das Hauptziel der Validierung durch Changes besteht darin, sicherzustellen, dass die Methode nach einer Änderung immer noch genaue und zuverlässige Ergebnisse liefert und den aktuellen Anforderungen entspricht
3. Umfang: Der Umfang der Validierung durch Changes kann je nach Art der Änderung variieren. Er kann die erneute Überprüfung aller relevanten Validierungsparameter oder spezifische Tests zur Beurteilung der Auswirkungen der Änderung umfassen
4. Proben: In dieser Art der Validierung können spezifische Proben verwendet werden, die die Bedingungen der Änderung simulieren oder repräsentieren.
5. Dokumentation: Die Ergebnisse der Validierung durch Changes werden in einem speziellen Validierungsbericht festgehalten, der die Auswirkungen der Änderung und die ergriffenen Maßnahmen zur Behebung von Abweichungen beschreibt

Gemeinsame Aspekte:

• Sowohl regelmäßige als auch durch Changes ausgelöste Validierungen erfordern eine sorgfältige Dokumentation und Berichterstattung über die durchgeführten Validierungstests und -ergebnisse.
• Beide Arten der Validierung haben das Ziel, sicherzustellen, dass analytische Methoden korrekt und konsistent arbeiten und die spezifizierten Anforderungen erfüllen.
• In beiden Fällen ist die Validierung ein wesentlicher Bestandteil der Qualitätskontrolle und -sicherung in regulierten Branchen und trägt zur Gewährleistung der Produktqualität und -sicherheit bei.

Letztendlich dienen sowohl regelmäßige als auch durch Changes ausgelöste Validierungen dazu, das Vertrauen in analytische Methoden aufrechtzuerhalten und sicherzustellen, dass sie in der Lage sind, genaue und zuverlässige Ergebnisse zu liefern, unabhängig davon, ob Änderungen vorgenommen wurden oder nicht.

Welche wichtigen Anbieter von Chromatograpiegeräten gibt es in Deutschland?

In Deutschland gibt es eine Vielzahl von Anbietern von Chromatographiegeräten, darunter einige der weltweit führenden Unternehmen in der Branche. Einige wichtige Anbieter sind:

1. Agilent Technologies: Agilent ist ein weltweit führender Anbieter von chromatographischen Instrumenten und Verbrauchsmaterialien. Das Unternehmen bietet eine breite Palette von HPLC-, UHPLC-, GC- und GC-MS-Systemen sowie Zubehör und Softwarelösungen an.
2. Thermo Fisher Scientific: Thermo Fisher Scientific ist ein globaler Anbieter von Analyseinstrumenten und -lösungen. Das Unternehmen bietet eine breite Palette von HPLC-, UHPLC-, GC- und GC-MS-Systemen sowie CDS-Systemen wie Chromeleon an.
3. Shimadzu: Shimadzu ist ein japanisches Unternehmen, das in Europa eine starke Präsenz hat. Sie bieten HPLC-, UHPLC-, GC- und GC-MS-Systeme, aber auch Massenspektrometer und Zubehör für die Chromatographie.
4. Waters Corporation: Waters ist bekannt für seine Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)- und Massenspektrometrie (MS)-Systeme. Das Unternehmen hat eine starke Präsenz in Europa und bietet auch Softwarelösungen wie Empower an.
5. PerkinElmer: PerkinElmer bietet eine Vielzahl von analytischen Instrumenten, einschließlich HPLC-, GC- und LC-MS-Systemen. Das Unternehmen hat Niederlassungen und Vertriebspartner in ganz Europa.
6. Gerstel: Gerstel ist ein Anbieter von Chromatographie-Proben-vorbereitungs¬systemen und Automatisierungs¬lösungen in Deutschland und Europa. Das Unternehmen ist spezialisiert auf die Bereiche Gaschromatographie (GC) und Flüssigchromatographie (LC).
7. Knauer: Knauer ist ein deutscher Hersteller von Chromatographiegeräten, darunter HPLC- und UHPLC-Systeme sowie Säulen und Zubehör.

Diese Unternehmen bieten eine breite Palette von Geräten, Trennsäulen, Verbrauchsmaterialien und Softwarelösungen für verschiedene chromatographische Anwendungen in den Bereichen Chemie, Pharma, Lebensmittelanalytik, Umweltanalytik, Biowissenschaften und mehr. Die Auswahl des richtigen Anbieters und der richtigen Geräte hängt von den spezifischen Anforderungen und Zielen des Labors ab.