RYCHLÉ CHROMATOGRAFICKÉ SEPARACE

Význam tématu

Rychlé chromatografické separace jsou klíčové pro zkrácení doby analýzy zejména při velkém počtu vzorků nebo ve složitých dvourozměrných systémech. Potřeba rychlých výsledků přetíná oblasti klinické chemie, toxikologie, proteomiky, metabolomiky, kontroly kvality potravin či životního prostředí. Cílem je dosáhnout vysoké separační účinnosti a rozlišení v co nejkratším čase bez kompromisů v citlivosti a selektivitě detekce.

Cíle a přehled článku

Článek shrnuje pokročilé přístupy k rychlým separacím kapalinovou a superkritickou fluidní chromatografií. Popisuje hlavní typy stacionárních fází a instrumentace, diskutuje výhody a limity ultrarychlých technik UHPLC a UHPSFC a představuje reálné aplikační příklady.

Použitá metodika a instrumentace

Ultrarýchlé separace využívají:

• UHPLC systémy pracující až do tlaků ~1500 bar (např. Waters Acquity UPLC)
• Stacionární fáze: fully porous částice <2µm, superficially porous particles (core-shell ca 2µm), monolitické kolony (organické i anorganické monolity)
• UHPSFC (Waters Acquity UPC2) se zdrojem nadkritického CO2 modifikovaného organickými rozpouštědly a aditivy
• Detektory: tandemové hmotnostní spektrometry (QqQ, Q-TOF), fluorescenční či UV/Vis detekce, kapilární elektroforéza (CE), Fast GC s vodíkem jako nosným plynem

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizací velikosti a typu částic stacionárních fází se dosahuje výrazného zkrácení doby analýzy (<1–5 min, někdy i sekundy) při zachování či zlepšení účinnosti a rozlišení. Core-shell částice nabízejí podobné výkony jako UHPLC menších částic, avšak při nižších pracovních tlacích. Monolitické kolony kombinují vysokou propustnost a schopnost separace velkých biomolekul za tlaku do ~200 bar. UHPSFC využívá vysoké difuzivity a nízké viskozity nadkritického CO2, přináší rychlé eluční časy a alternativní selektivity.

Důraz je kladen rovněž na rychlost detekce, především u MS analyzátorů s dostatečnou frekvencí měření. QqQ a Q-TOF analyzátory se osvědčují ve spojení s UHPLC a UHPSFC. Vývoj iontové optiky a zkrácení pracovního cyklu detektorů je zásadní pro plné využití úzkých chromatografických zón.

Přínosy a praktické využití metody

Rychlé separace nacházejí uplatnění v praxi:

• Bioanalýza léčiv a metabolitů: stanovení nifedipinu a telmisartanu v plazmě do 1–2 min, ADME screening
• Multireziduální screening ve potravinách: perfluorované sloučeniny, veterinární léčiva metodou QuEChERS + UHPLC-MS/MS
• Metabolomika a proteomika: stanovení Alzheimerových biomarkerů v mozkomíšním moku
• Forenzní a dopingová analýza: více než sto zakázaných látek v moči pomocí UHPSFC-MS/MS do 7 min
• Kontrola kvality farmaceutik: rychlá separace agomelatinu s nečistotami do 4,1 min

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj povede k integraci ultra rychlých separací do automatizovaných systémů, microfluidních chipů a on-line partnerství s MS. Zlepšení stability stacionárních fází, vyšší pracovní teploty (UFHTLC) či nové hybridní materiály podpoří separace polárních i termolabilních molekul. Rozvoj UHPSFC a 2D-chromatografie umožní řešit stále složitější vzorky s minimem ekologických dopadů díky úspoře rozpouštědel.

Závěr

Rychlé chromatografické separace představují klíčový směr v analytické chemii. Využití plně a povrchově porézních částic, monolitů či nadkritických fluid přináší významné časové úspory a zvyšuje kapacitu analýz bez ztráty výkonu. Celková efektivita analytického workflow závisí kromě rychlosti separace i na zpracování vzorku, detekci a interpretaci dat. Rozvoj ultraspeed technik přispěje ke snížení provozních nákladů a ekologickému provozu laboratoří.

Reference

• 1. Perrenoud AGG, Veuthey JL, Guillarme D: J Chromatogr A 1266, 158 (2012).
• 2. Gourmel Ch, Perrenoud AGG, Waller L et al.: J Chromatogr A 1282, 172 (2013).
• 3. Plachká K, Chrenková L, Douša M, Nováková L: J Pharm Biomed Anal 125, 376 (2016).
• 4. Nováková L et al.: Anal Chim Acta 853, 637 (2015).
• 5. Nováková L et al.: Anal Chim Acta 853, 647 (2015).
• 6. Desfontaine V et al.: J Chromatogr A 1451, 145 (2016).
• 7. Borovcová L, Pauk V, Lemr K: J Sep Sci 41, 2288 (2018).
• 8. Costa ACO et al.: J Chromatogr A 1171, 140 (2007).
• 9. Rizelio VM et al.: Talanta 93, 62 (2012).
• 10. Jiang Y, Ma Y: Anal Chem 81, 6474 (2009).
• 11. Banks JF Jr, Dresch T: Anal Chem 68, 1480 (1996).
• 12. TrAC Trends Anal Chem 61, iv (2014).
• 13. Nguyen DT et al.: J Sep Sci 29, 1836 (2006).
• 14. Villiers A et al.: J Chromatogr A 1127, 60 (2006).
• 15. Farkas T et al.: J Chromatogr A 849, 35 (1999).
• 16. Wu N, Clausen AM: J Sep Sci 30, 1167 (2007).
• 17. Guillarme D, Veuthey JL (ed.): UHPLC in Life Sciences, RSC (2012).
• 18. Vaijanath GD et al.: J Pharm Biomed Anal 46, 236 (2008).
• 19. Toporisic R et al.: J Pharm Biomed Anal 52, 294 (2010).
• 20. Prasad BH et al.: J Chromatogr B 878, 1718 (2010).
• 21. Mayer HK et al.: J Chromatogr A 1217, 3251 (2010).
• 22. Sachin S et al.: J Chromatogr B 878, 823 (2010).
• 23. Hong L et al.: J Chromatogr B 877, 4159 (2009).
• 24. Fekete S et al.: J Pharm Biomed Anal 51, 56 (2009).
• 25. Guiochon G: J Chromatogr A 1126, 6 (2006).
• 26. Fekete S et al.: J Chromatogr A 1228, 57 (2012).
• 27. Tanaka N: Anal Chem 88, 279 (2016).
• 28. Deridder S, Desmet G: J Chromatogr A 1218, 46 (2011).
• 29. Gritti F et al.: J Chromatogr A 1157, 289 (2007).
• 30. Fekete S et al.: J Pharm Biomed Anal 49, 64 (2009).
• 31. Ruta J et al.: J Chromatogr A 1228, 221 (2012).
• 32. Rodriguez-Aller M et al.: J Chromatogr A 1292, 2 (2013).
• 33. Guiochon G, Gritti F: J Chromatogr A 1218, 1915 (2011).
• 34. Švec F, Frechet JMJ: Anal Chem 64, 820 (1992).
• 35. Minakuchi H et al.: Anal Chem 68, 3498 (1996).
• 36. Roper DK, Lightfoot EN: J Chromatogr A 702, 3 (1995).
• 37. Eeltink S et al.: J Chromatogr A 1218, 5504 (2011).
• 38. Detobel F et al.: J Chromatogr A 1217, 3085 (2010).
• 39. Hormann K et al.: J Chromatogr A 1222, 46 (2012).
• 40. Onyx brochure, Phenomenex (online).
• 41. Wu N et al.: Anal Chim Acta 523, 149 (2004).
• 42. Fekete S et al.: J Chromatogr A 1408, 1 (2015).
• 43. Hayes R et al.: J Chromatogr A 1357, 36 (2014).
• 44. Grinias JP, Kennedy RT: TrAC Trends Anal Chem 81, 110 (2016).
• 45. Wahab MF et al.: Anal Chem 88, 8821 (2016).
• 46. Chen H, Horvath C: Anal Methods Instrum 1, 213 (1993).
• 47. Antia FD, Horvath C: J Chromatogr 435, 1 (1988).
• 48. Smith RM: J Chromatogr A 1184, 441 (2008).
• 49. Fekete S et al.: Curr Chromatogr 1, 15 (2014).
• 50. Gere DR: Science 222, 253 (1983).
• 51. Perrenoud AGG et al.: J Chromatogr A 1262, 205 (2012).
• 52. Jandera P et al.: Anal Bioanal Chem 407, 139 (2015).
• 53. Jandera P: J Chromatogr A 1255, 112 (2012).
• 54. Česla P, Křenová J: J Sep Sci 40, 109 (2017).
• 55. Fast GC Brochure, Sigma-Aldrich (online).
• 56. Brunelli C et al.: J Sep Sci 29, 2765 (2006).
• 57. Fekete S et al.: TrAC Trends Anal Chem 63, 2 (2014).
• 58. Guillarme D et al.: TrAC Trends Anal Chem 29, 15 (2010).
• 59. Patel DP et al.: Biomed Chromatogr 26, 1509 (2012).
• 60. Zhang H et al.: J Chromatogr B 877, 3729 (2009).
• 61. Plumb RS et al.: Rapid Commun Mass Spectrom 22, 2139 (2008).
• 62. Lacina O et al.: J Chromatogr A 1218, 4312 (2011).
• 63. Martínez Vidal JL et al.: Anal Bioanal Chem 397, 2777 (2010).
• 64. Pšeničnaja O et al.: Chem Listy 111, 381 (2017).
• 65. Zacharis CK et al.: Talanta 84, 480 (2011).
• 66. Kurdi SE et al.: Acta Pharm 67, 203 (2017).
• 67. Lame ME et al.: Anal Biochem 419, 133 (2011).
• 68. Nováková L et al.: Anal Chim Acta 915, 102 (2016).
• 69. Pauk V et al.: J Chromatogr A 1423, 169 (2015).
• 70. Zhou Y et al.: Talanta 127, 108 (2014).
• 71. Pauk V, Lemr K: J Chromatogr B 1086, 184 (2018).