Präzision entscheidet

Spezial Medizintechnik

Werkstoffe – Chromatografiesäulen aus Borosilikatglas ermöglichen die Separation von Stoffgemischen. Optimierte Fertigungsverfahren gewährleisten höchste mechanische Präzision.

02. November 2011

Ein weit verbreitetes Analyseverfahren in Chemie, Pharmazie und Medizin ist die Flüssigkeitschromatografie zur Auftrennung bzw. Isolierung von Substanzen aus Stoffgemischen. Dabei wird das Substanzgemisch mit Pumpen auf sogenannte Säulen aufgetragen, in denen sich ein Packungsmaterial befindet, dessen Oberfläche mit den verschiedenen Bestandteilen des Substanzgemisches unterschiedlich wechselwirkt, sodass diese die Säule zeitlich verzögert voneinander verlassen.

Entscheidend ist dabei eine gleichmäßige Verteilung der Trägerflüssigkeit über den gesamten Säulenquerschnitt und die gesamte Oberfläche des Packungsmaterials. Ebenso sollte das sogenannte Totvolumen der Säule möglichst klein sein, in dem die Flüssigkeit stillstehen könnte. Maßgeblich für die Funktionalität ist also eine konstruktiv ideale Zylinderinnenfläche. Wesentliche Kriterien für den verwendeten Werkstoff sind dabei ein inertes Verhalten gegenüber Proteinen und anderen chemischen und biochemischen Molekülen, eine hohe und Temperatur- und Druckresistenz sowie möglichst eine hohe Transparenz.

Als bevorzugter Werkstoff zur Herstellung der Chromatografiesäulen dient deshalb sehr häufig Borosilikatglas 3.3 des Mainzer Laborglasspezialisten Duran. Neben der erstklassigen chemischen Resistenz besitzt der Werkstoff überzeugende physikalische Eigenschaften wie eine Temperaturresistenz bis +500 Grad Celsius und einen sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten und die daraus resultierende hohe Temperaturwechselbeständigkeit.

Vorteile für Glas

Gegenüber anderen Säulenmaterialien wie Metall-Legierungen oder verschiedenen Kunststoffen bietet Glas eine Vielzahl von Vorteilen. Im Vergleich zu Metall ermöglicht es vor allem die Transparenz, den Prozess in allen Phasen zu beobachten und erhöht dadurch zusätzlich die Betriebssicherheit. Gegenüber Acrylkunststoff punktet Borosilikatglas bei der Trennung von Peptiden oder Proteinen vor allem durch die chemische Resistenz.

Der Chromatografiesäulenhersteller YMC Kronlab in Dinslaken verwendet für seine Säulen der Serien Ecoplus und Pilot ausschließlich so genannte KPG-Zylinder aus kalibriertem Präzisionsglas. Die Auswahl einer geeigneten Glassäule richtet sich in der Regel nach den geometrischen Abmessungen sowie nach dem maximal zulässigen Arbeitsdruck sowie der Lösungsmittelbeständigkeit der verwendeten Dichtungsmaterialien. Typische Werte für Ecoplus-Säulen sind Innendurchmesser von 10 bis 50 Millimeter mit Standardlängen von 125, 250 und 500 Millimeter für Maximaldrücke bis zu 80 bar, es sind aber auch Sonderanfertigungen bis zu einer Länge von 1.000 Millimeter möglich.

Das entscheidende Kriterium für die Wahl des Werkstoffs ist der extrem gleichmäßige Innen- und Außendurchmesser der KPG-Rohre über ihre gesamte Länge. Beispielsweise beträgt die Toleranz des Innendurchmessers bei einem Rohr mit einem Innendurchmesser von 160 Millimeter über eine Länge von 1.000 Millimeter maximal ±0,05 Millimeter.

Geringe Toleranzen

Diese hohe Präzision realisiert Duran durch ein spezielles Verfahren der Heißumformung, bei dem die Glasrohre unter Vakuum und bei hohen Temperaturen auf Präzisionswerkzeuge aufgeschrumpft werden. Das Verfahren ermöglicht außerdem die präzise und gleichmäßige Einstellung der Bettlänge innerhalb des Glasrohrs mit Hilfe eines Säulen-Stempels ohne zusätzliche Vorspannung der Dichtungen. Die engen Toleranzen gewährleisten dabei die einwandfreie Dichtung zwischen Stempel und Glaskörper und ermöglichen eine einfache Anpassung der Bettlänge mit sehr geringem Kraftaufwand. Ein planparalleler Schliff beider Glasrohr-Enden senkrecht zur Achse mit Diamantwerkzeugen gewährleistet die formschlüssige Dichtung zwischen Glasrohr und oberer und unterer Säulenscheibe und stellt so den passgenauen Einbau der Zylinder sicher.

Für Fälle, bei denen die Säule im gesamten Bereich des Säulenbettes temperiert werden muss, lassen sich die Glassäulen zusätzlich mit einem zweiten Glasrohr ummanteln, sodass zwischen beiden Glaskörpern ein mit Flüssigkeit befüllbarer abgedichteter Zwischenraum entsteht, durch den je nach Bedarf ein gekühltes oder beheiztes Medium gespült wird. Auch für diesen Sonderbau verwendet YMC-Kronlab Glaskörper der Duran Group, die nach speziellen Vorgaben durch eine Heißbearbeitung in der Duran-Glasbläserei gefertigt werden.bt

Erschienen in Ausgabe: 08/2011