Turbulent-flow-Chromatographie

Turbo-flow-Chromatographie; TFC

Eine Form der Flüssigkeitschromatographie, die wiederum eine Form der Chromatographie ist.

TFC basiert auf der Injektion einer biologischen Probe ohne vorherige Probenaufbereitung durch Flüssig-Flüssig-Extraktion oder Festphasenextraktion.

Die Probenaufbereitung erfolgt bei TFC on-line, das heißt, auf einer kleinen Extraktionssäule (Turbo-flow-Säule), die integraler Bestandteil des Chromatographen (Chromatograph) ist. Diese Extraktionssäule enthält als Stationäre Phase für die jeweilige analytische Fragestellung bzgl. Porendurchmesser und Hydrophobizität geeignete, relativ große Partikel.

Der Analysengang lässt sich wie folgt beschreiben: Nachdem die biologische Probe über den Probengeber injiziert wurde, wird diese mit einer geeigneten mobilen Phase (Mobile Phase) mit hohem Wasseranteil bei vergleichsweise hohen Flussraten (1,5–5 mL/min) durch die Extraktionssäule transportiert. Aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit vorbei an den relativ großen Partikeln der stationären Phase entstehen Turbulenzen. Diese bewirken, dass kleine Analytmoleküle noch in die Poren der Partikel diffundieren können. Große Moleküle wie Proteine werden dagegen sehr schnell, ohne dass sie in die Poren diffundieren oder ausgeprägte elektrostatische Wechselwirkungen mit der Partikeloberfläche aufnehmen können, aus der Säule herausgewaschen und in einen Abfallbehälter transportiert. Bei diesem Arbeitsschritt ist die Extraktionssäule im Fließschema der mobilen Phase von der analytischen Säule getrennt (s. Abbildung).

Nachfolgende Abbildung stellt den ersten Analysenschritt dar: hoher Fluss der mobilen Phase, Extraktion der Analytmoleküle an der Extraktionssäule (Turbo-flow-Säule), Elution höhermolekularer Matrixbestandteile (z. B. Proteine) in den Abfall:

Nachdem Analyt- (aber auch nicht ausgewaschene Probenmatrix-)Moleküle auf der Extraktionssäule extrahiert und angereichert wurden, wird der Weg der mobilen Phase über ein mit einem Extraktionsmittel gefülltes Reservoir (Kapillarschleife mit einem mindestens 10-fach größerem Volumen als jenes der Extraktionssäule) gelenkt. Die mobile Phase schiebt dieses gewöhnlich organische Lösungsmittel enthaltende Extraktionsmittel durch die Extraktionssäule, wodurch die dort retinierten Moleküle extrahiert, aus der Extraktionssäule eluiert und auf die jetzt zugeschaltete analytische Trennsäule transportiert werden. Dabei wird der Fluss der mobilen Phase auf 0,1–0,8 mL/min reduziert, was eine ausreichende Trennung (Auflösung) der Analytmoleküle von den verblieben Probenmatrixbestandteilen auf der analytischen Säule gewährleisten soll. Diese Trennung und die anschließende Detektion der Analytmoleküle erfolgt nach den bekannten, unter Chromatographie bzw. Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie beschriebenen Prinzipien (s. Abbildung).

Der zweite Analysenschritt – Elution der Analytmoleküle, Trennung auf der Trennsäule/Detektion bei geringem Fluss der mobilen Phase, Aufzeichnung eines Chromatogramms – ist nachfolgend dargestellt:

Anschließend werden Extraktionssäule und analytische Säule im Fluss der mobilen Phase wieder getrennt und die Extraktionssäule gewaschen und für die nächste Injektion vorbereitet. Die TFC ist letztlich eine Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie mit On-line-Probenaufbereitung unter besonderen Strömungsbedingungen der mobilen Phase. Vorteile dieser Technik sind der hohe Mechanisierungsgrad auch der Probenvorbereitung und damit die Schnelligkeit und der hohe Probendurchsatz. Bei Verwendung mehrerer parallel geschalteter Extraktionssäulen und damit zeitlich versetzter paralleler Probenvorbereitung und Analyse für mehrere Proben kann der Probendurchsatz weiter erhöht werden. Entwicklung, Betrieb und Wartung von TFC-Systemen erfordern ausgeprägte Kenntnisse und Fähigkeiten in der analytischen Chemie.