Kapillarelektrochromatographie - Neue stationäre Phasen und Applikationen

Bei der Kapillarelektrochromatographie (capillary electrochromatography; CEC) handelt es sich um ein Trennverfahren welches die Eigenschaften von Chromatographie und Elektrophorese auf einzigartige Weise verbindet. So basieren Trennungen, wie in der Chromatographie, auf einer Wechselwirkung zwischen Analyt und stationärer Phase. Die mobile Phase wird jedoch nicht durch Druck sondern durch den elektoosmotischen Fluss transportiert, einem der Prinzipien der Elektrophorese. Aus dieser Kombination ergeben sich viele theoretische Vorteile in Bezug auf die Trennleistung und Selektivität. Die Grundlagen der CEC wurden bereits vor mehr als 30 Jahren beschrieben, und Studien zu Trennmechanismen und der Herstellung von stationären Phasen verfasst. Trotzdem besitzt die CEC noch keine wirkliche Bedeutung in der Routineanalytik, da nur wenige überzeugende, praxisrelevante Anwendungen beschrieben wurden bzw. CEC-Kapillaren kommerziell kaum erhältlich sind. In diesem Forschungsprojekt wird versucht die scheinbare Diskrepanzzwischen theoretischen Vorteilen der CEC und ihrer (bisher vermuteten) beschränkten praktischen Einsetzbarkeit zu überbrücken. Gerade bei der Herstellung neuer stationärer Phasen hat sich in den letzten Jahren einenormes Potential eröffnet (z.B. innovative Ausgangsmaterialien wie Polymermonolithen, Oberflächenmodifikationen mit Nanopartikeln), das bislang jedoch noch nicht oder nur kaum den Entwicklungsstatus verlassen hat. Daher soll im Rahmen des Projektes versucht werden diese innovativen Materialien und Techniken einzusetzen bzw. zu optimieren um komplexe Realproben mittels CEC auftrennen zu können. Letzteres umfasst die qualitative und quantitative Analyse von Naturstoffen wie Flavonoiden, Alkaloiden oder phenolischen Säuren in Pflanzenextrakten, einer für jedes Trennverfahren herausfordernden Matrix. Die gezielte Entwicklung neuer CEC Materialien zur Naturstoffanalyse könnte somit ermöglichen, dass auch das anwendungsbezogene Potential einer äußerst attraktiven und vielseitigen Trenntechnik endlich erkannt wird.

Bei der Kapillarelektochromatographie (CEC) handelt es sich um eine schon seit über 30 Jahren bekannte Trenntechnik, die auf einzigartige Weise die Prinzipien der Chromatographie und Elektrophorese vereint. Sie ist sehr variabel hinsichtlich der eingesetzten stationären Phase, d.h. Trennmedien, und zeigt (zumindest theoretisch) eine, verglichen mit anderen etablierten Verfahren, viel bessere Trennleistung. Trotzdem wird sie als exotische Alternative mit wenig Praxisrelevanz betrachtet, einerseits weil die benötigten Kapillaren praktisch nicht kommerziell erhältlich sind, bzw. andererseits wirklich überzeugende Anwendungen fehlen. Im nun abgeschlossenen Forschungsprojekt wurde versucht das Potential der CEC im Bereich der Naturstoffanalytik näher zu untersuchen. Dabei wurden alle relevanten Arbeitsschritte miteinbezogen, von der Entwicklung und Herstellung CEC tauglicher stationärer Phasen bis zu deren praktischen Anwendung. Es gelang es zwei gänzlich neue CEC Trennmaterialien zu entwickeln. Beide stellten Polymermonolithen dar, die auf innovativen Bausteinen basieren (dem zwitterionischen Monomer (3-Allyl-1-imidazol)propan- sulfonatbzw.dem kationischen crosslinker3,3-(Hexan-1,6-diyl)bis(1- vinylimidazolium)bromid). Daneben enthielten die Reaktionsgemische zur Herstellung der jeweiligen stationären Phase eine Reihe weiterer Komponenten, deren optimale Zusammensetzung erst gefunden werden musste, um Materialien mit den gewünschten Eigenschaften (Oberfläche, Porenstruktur, etc.) zu erhalten; die Polymerisation wurde durch UV-Licht ausgelöst und zur Charakterisierung der Materialien unter anderem die Elektronenmikroskopie und Infrarotspektroskopie eingesetzt. Die entwickelten Phasen konnten erfolgreich zur raschen und reproduzierbaren Trennung von Naturstoffen (phenolische Säuren und Methylxanthine) eingesetzt werden, eine Bestätigung dafür, dass es doch möglich ist diese Trenntechnik auch in der Routineanalytik zu verwenden. Der gewählte Ansatz war sehr zeitaufwändig und herausfordernd, denn Fachwissen in den unterschiedlichsten wissenschaftlichen Disziplinen war nötig, wie etwa in den Materialwissenschaften oder der organischen und analytischen Chemie. Andererseits war es nur so möglich, alle relevanten Schritte zu kontrollieren und zu optimieren. Mehrere, aus diesem Projekt hervorgegangene Publikationen in angesehenen wissenschaftlichen Fachjournalen belegen, dass unsere Anstrengungen zur Weiterentwicklung bzw. Etablierung der CEC erfolgreich waren.