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Überkritische Fluidchromatographie (SFC)

Wird als mobile Phase eine Substanz verwendet, welche im superkritischen (überkritischen) Zustand vorliegt, so spricht man von superkritischer Fluidchromatographie (engl.: Supercritical Fluid Chromatography; SFC).

 

Grundlagen zur SFC

Grundlagen zur SFC
Grundlagen zur SFC

Was bedeutet überkritischer Zustand?

Der überkritische Zustand bezeichnet einen Bereich im Phasendiagramm, in dem die jeweilige Verbindung weder als Gas noch als Flüssigkeit vorliegt, sondern als nur eine Phase, die man als fluid oder superkritisch bezeichnet. Abgegrenzt wird dieser Bereich durch die sogenannte kritische Temperatur (Tc) und den kritischen Druck (pc). Sind diese für einen bestimmten Stoff erreicht bzw. überschritten, so liegt dieser im überkritischen Zustand vor.

Welche Flüssigkeiten bzw. Gase können als mobile Phase verwendet werden?

Da Kohlenstoffdioxid (CO2) relativ einfach in den überkritischen Zustand gebracht werden kann (Tc ≈ 31 °C, pc ≈ 73 bar) und nahezu in unbegrenzter Menge verfügbar ist, kommt dieses meist als mobile Phase zum Einsatz. Jedoch können prinzipiell auch andere Verbindungen dafür verwendet werden. Voraussetzung dafür ist nur, dass sich die verwendeten mobilen Phasen mit nicht zu hohem Aufwand in den überkritischen Zustand überführen lassen. Um die Elutionsstärke der mobilen Phase zu verändern, werden bestimmte Modifier zugesetzt werden, z. B. Methanol oder Ethanol.

Und welche stationären Phasen kommen zum Einsatz?

Theoretisch kann in der SFC mit allen Silica– und Polymer-basierten stationären Phasen experimentiert werden, wobei die stationären Phasen immer in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung gewählt werden sollten. Es ist zu beachten, dass die SFC sich ähnlich der Normalphasenchromatographie verhält, sodass oft stationäre Phasen zum Einsatz kommen, die auch in der Normalphasenchromatographie verwendet werden, z. B. reine Silica–, Diol–, Cyano–, HILIC– oder Aminophasen. Ebenfalls werden Pyridin–, 2– und 4–Ethylpyridin–, 2-Picolylamin–, oder Aminoanthracenphasen verwendet, welche speziell für die SFC entwickelt wurden und besonders für basische Analyten geeeignet sein sollen. Neben druckstabilen Polymer-basierten Phasen, lassen sich jedoch auch "normale" C18–, C8–, Phenyl– oder Pentafluorphenylphasen verwenden. Für die Trennung von Enantiomeren können die meisten chiralen stationären Phasen verwendet werden.

Welche apparativen Besonderheiten bedarf es bei der SFC?

Die verwendeten Apparaturen für die SFC sind herkömmlichen HPLC-Anlagen sehr ähnlich. Sie müssen lediglich die Möglichkeit zur exakten Temperatur– und Drucksteuerung besitzen, und zwar von der Probenaufgabe bis hin zum Detektor. Das bedeutet die Detektorzelle muss druckstabil sein, mindestens eine Pumpe muss in der Lage sein muss flüssiges CO2 reproduzierbar und konstant zu fördern und ein Rückdruckregler muss vorhanden sein, der zusammen mit dem Säulenofen die erforderlichen physikalischen Bedingungen aufrechterhält. Mittlerweile gibt es Hersteller, die komplette SFC-Geräte verkaufen aber auch solche, die spezielle SFC-Kits anbieten, mit denen bestehende HPLC Anlagen SFC-tauglich gemacht werden können.

Wo findet die SFC Anwendung?

Anwendungen für die SFC sind sehr vielfältig z. B. in der Analyse von Medikamenten, Lebensmitteln, Sprengstoffen, Erdöl oder Polymeren. An chiralen Phasen lassen sich mittels der SFC auch Enantiomere trennen, was heutzutage mit eine der Hauptanwendungen der SFC ist. Trennungen im präparativen Maßstab zur Produktisolierung sind ebenfalls möglich. Allgemein wird die SFC als Trennmethode immer beliebter, weil mittlerweile eine Vielzahl von hochwertigen Säulen und zuverlässigen Anlagen verfügbar sind. Des Weiteren lassen sich mit Hilfe der SFC hohe Mengen an organischen Lösungsmitteln eingesparen, weshalb die SFC auch als "Green Chemistry" bezeichnet wird.

 

Hersteller von speziellen SFC-Phasen 

HerstellerNameModifizierungPorengrößePartikelgröße
ChromanikSunshell 2-EP2-Ethylpyridine90 Å2.6 µm
Princeton
Chromatography
2-Ethylpyridine2-Ethylpyridine60 Å
100 Å
300 Å
3, 5, & 10 µm
2.5, 3, 5, & 10 µm
3, 4 & 10 µm
 Silica-60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 CyanoCyanopropyl60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 DIOLDiol60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 DIOL-HLDiol60 Å5 & 10 µm
 2CN:DIOLCyanopropyl & Diol60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 AminoAminopropyl60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 DEAPDiethylaminopropyl60 Å3, 5, & 10 µm
 BenzamidePropylbenzamide100 Å3, 5, & 10 µm
 PAPropylbenzamide60 Å3, 5, & 10 µm
 PPUPropylpyridylurea100 Å3, 5, & 10 µm
 PropylureaPropylurea100 Å3, 5, & 10 µm
 DNPDinitrophenyl100 Å3, 5, & 10 µm
 Pyridine AmidePyridine Amide60 Å3, 5, & 10 µm
 4-Ethylpyridine4-Ethylpyridine60 Å
100 Å
3, 5, & 10 µm
3, 5, & 10 µm
 Methane SulfonamideMethane Sulfonamide60 Å3, 5, & 10 µm
 Benzene SulfonamideBenzene Sulfonamide100 Å3, 5, & 10 µm
 4-Nitrobenzene Sulfonamide4-Nitrobenzene Sulfonamide100 Å3, 5, & 10 µm
 4-Fluorobenzene Sulfonamide4-Fluorobenzene Sulfonamide100 Å3, 5, & 10 µm
 HA-Pyridinesiehe Princeton-Katalog60 Å3, 5, & 10 µm
 HA-Dipyridylsiehe Princeton-Katalog100 Å3, 5, & 10 µm
 HA-DEAsiehe Princeton-Katalog60 Å3, 5, & 10 µm
 HA-DHPsiehe Princeton-Katalog100 Å3, 5, & 10 µm
 3,5-Dihydroxyphenyl3,5-Dihydroxyphenyl100 Å3, 5, & 10 µm
ES IndustriesGreenSep Ethyl Pyridine2-Ethylpyridine120 Å3 & 5 µm
 GreenSep Ethyl Pyridine IIA version of bonded 2-Ethylpyridine120 Å1.8, 3 & 5 µm
 GreenSep 4-Ethyl Pyridine4-Ethyl Pyridine120 Å3 & 5 µm
 GreenSep 4-Ethyl Pyridine IIA version of bonded 4-Ethylpyridine120 Å3 & 5 µm
 GreenSep NitroNitroaromatic based phase120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep PFPPentafluorophenylpropyl120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep Pyridyl AmidePyridyl Amide120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep Amino PhenylAmino + Phenyl120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep BasicImidazole based phase120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep DEAPDiethylaminopropyl120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep NitroNitroaromatic based phase120 Å1.8, 3, 5 & 10 µm
 GreenSep CyanoCyano120 Å1.8, 3 & 5 µm
 GreenSep DiolDiol120 Å1.8, 3 & 5 µm
 GreenSep NaphtylNaphtyl120 Å1.8, 3 & 5 µm
 GreenSep FluoroBasicFluorinated Imidazole120 Å3 & 5 µm
 GreenSep HILICPolyhydroxylated Polymer120 Å3 & 5 µm
 GreenSep NP-IOptimized for the separation of 10 different Cannabinoids120 Å5 µm
 GreenSep NP-IIOptimized for the separation and isolation of THC and THCV from cannabis120 Å5 & 10 µm
 GreenSep NP-IIIOptimized for the separation and isolation of CBDA and THCA from cannabis120 Å5 & 10 µm
 GreenSep AmineAmino120 Å1.8 µm
 GreenSep Silica-120 Å1.8, 3 & 5 µm
     
DaicelChiralpak IAAmylose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IBCellulose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralpak ICCellulose tris (3,5-dichlorophenylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IDAmylose tris (3-chlorophenylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IEAmylose tris (3,5-dichlorophenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IFAmylose tris (3-chloro-4-methylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IGAmylose tris (3-chloro-5-methylphenylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralpak IHAmylose tris (S)-α-methylbenzylcarbamate)N/A1.6, 3, 5, & 10 µm
 Chiralcel ODCellulose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralcel OJCellulose tris (4-methylbenzoate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralcel OXCellulose tris (4-chloro-3-methylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralcel OZCellulose tris (3-chloro-4-methylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak ADAmylose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak ASAmylose tris (S)-α-methylbenzylcarbamateN/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak AYAmylose tris (5-chloro-2-methylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
 Chiralpak AZAmylose tris (3-chloro-4-methylphenylcarbamate)N/A3, 5, & 10 µm
SepaxSFC-PyridinePyridine120 Å8 µm
 SFC-SCXSulfonic Acid & Phenyl120 Å1.8, 2.2, 3, 5, 7 & 10 µm
 SFC-DiolDiol120 Å1.8, 2.2, 3, 5 & 10 µm
 SFC-CyanoCyanopropyl120 Å1.8, 2.2, 3, 5 & 10 µm
 SFC-AminoAminopropyl120 Å3, 5, 7 & 10 µm
 SFC-Silica-120 Å3, 5, 7 & 10 µm
KromasilSFC SIL-100 Å5 & 10 µm
 SFC DIOLDiol100 Å2.5 & 5 µm
 SFC CNCyanopropyl100 Å2.5 & 5 µm
 SFC 2-EP2-Ethylpyridine100 Å2.5 & 5 µm
 SFC XT- (Fused Organo-Silane)100 Å2.5 & 5 µm
WatersTorus 2-PIC2-Picalylamine130 Å1.7 & 5 µm
 Torus DEADiethylamine130 Å1.7 & 5 µm
 Torus DIOLDiol130 Å1.7 & 5 µm
 Torus 1-AA1-Aminoanthracene130 Å1.7 & 5 µm
 Trefoil AMY1Amylose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A2.5 µm
 Trefoil CEL1Cellulose tris (3,5-dimethylphenylcarbamate)N/A2.5 µm
 Trefoil CEL2Cellulose tris (3-chloro-4-methylphenylcarbamate)N/A2.5 µm
 Viridis BEH 2-EP2-Ethylpyridine130 Å1.7, 3.5 & 5 µm
 Viridis BEH- (Ethylene-bridged Hybrid Particle)130 Å1.7, 3.5 & 5 µm
 Viridis CSH Fluoro-PhenylPentafluorophenylpropyl130 Å1.7, 3.5 & 5 µm
 Viridis HSS C18 SBC18100 Å1.7 & 3.5 µm
 Viridis Silica 2-EP2-Ethylpyridine100 Å5 µm
 Viridis Silica-100 Å5 µm
ShimadzuShim-pack UC-X RPC18 + polar Group100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X GIS IIC18100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X PhenylPhenyl100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X CNCyanopropyl100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X DiolDiol100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X SiI-100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X AmideCarbamoyl100 Å3 & 5 µm
 Shim-pack UC-X NH2Aminopropyl100 Å3 & 5 µm
YMCYMC-Triart Diol /
Alcyon SFC Triart Diol
Diol120 Å1.9, 3 & 5 µm
 YMC-Triart PFP /
Alcyon SFC Triart PFP
Pentafluorophenylpropyl120 Å1.9, 3 & 5 µm
 YMC-Triart C18 /
Alcyon SFC Triart C18
C18120 Å1.9, 3 & 5 µm
 YMC-Triart SIL /
Alcyon SFC SIL
-120 Å3 & 5 µm
 YMC-Pack CN / 
Alcyon SFC CN
Cyanopropyl120 Å3 & 5 µm
 YMC-Pack SIL / 
Alcyon SFC SIL
-120 Å3 & 5 µm
 YMC-Pack 2-Ethyl pyridine2-Ethyl pyridineN/A5 µm
 YMC-Pack DiethylaminopropylDiethylaminopropylN/A5 µm
 YMC-Pack Propyl acetamidePropyl acetamideN/A5 µm
 YMC-Pack Pyridine amidePyridine amideN/A5 µm

 

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