18th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation technology - Abstract Book

Shrnutí konference: 18th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation Technology (Leuven, 28.–31. 5. 2024)

Význam tématu

Hyphenované techniky (spojení chromatografie s různými detektory a doplňkovými separacemi) jsou v moderní analytické chemii klíčové pro komplexní charakterizaci biologických, environmentálních i průmyslových matric. Kombinace více separačních principů a vysokoresolucních detekčních metod umožňuje nejen objev nových analytů a izomerů, ale také praktické nasazení v klinické diagnostice, monitoringu životního prostředí, farmaceutickém vývoji a průmyslových procesech. Současně roste tlak na vyšší propustnost, automatizaci, reprodukovatelnost a zelené metody s nižší spotřebou organických rozpouštědel.

Cíle a přehled programu

Cílem sympozia bylo představit nejnovější metodologické a instrumentální pokroky v oblasti hyphenace: nové kolonové materiály a formáty (µPAC), 1D–2D a LC×SFC kombinace, integrace ion mobility (TIMS, cIMS, TWIMS), ultra-vysoké rozlišení MS (FT-ICR, Orbitrap), rychlé workflowy (HT-4D-TIMS), real‑time online hyphenace (microreactor–MS, REIMS) a aplikace AI/počítačového vidění pro interpretaci komplexních dat (GC×GC, volatilomy). Důraz byl kladen i na otázky udržitelnosti (náhrada acetonitrilu, biosolventy, recyklace), validace NTS (non‑target screening) a standardizaci datových postupů.

Použitá metodika a instrumentace

Hlavní techniky a instrumenty prezentované na sympoziu:

• Chromatografie: RPLC, HILIC, IP‑RPLC (oligonukleotidy), SFC / UHPSFC, GC×GC, LC×LC, TRLC (temperature‑responsive LC), µPAC micro‑pillar array columns, capillary electrophoresis (CE).
• Vazba na spektrometrii: LC‑MS/MS (QqQ), LC‑HRMS (TOF, Orbitrap, FT‑ICR), SFC‑MS (ESI, APCI, Unispray), GC‑HRMS (Orbitrap), GC‑VUV, GC‑MS, TIMS‑TOF, cyclic IMS (cIMS), ion mobility (TWIMS), IMS‑HRMS kombinace.
• Imaging a in‑situ: Mass spectrometry imaging (MALDI, REIMS), direct‑injection techniky (SIFT‑MS), needle‑trap devices (NTD), thermal desorption (TD) + SBSE.
• Vzorkování a preparace: SPE (polarity‑fractionated), SPME, SBSE s ionickými kapalinami, filter‑incorporated NTD, aptamer‑based oligosorbents, 3D‑tisknuté sorbenty, immobilized enzyme reactors (IMER) pro online trávení.
• Výpočetní nástroje a statistika: umělá inteligence (ML, ANN), počítačové vidění pro GC×GC obrazová data, Bayesovské přístupy, chemometrie (PCA, PLS‑DA, random forest), softwarové nástroje pro prediktivní optimalizaci (QbD), simulace GC (retention modely).

Pokud byly v příspěvcích uvedeny konkrétní přístroje, mezi nimi se objevily: TIMS TOFpro II (Bruker), SolariX FT‑ICR, různé Orbitrapy, SFC systémy (Waters UPC2), GC×GC‑TOF a GC×GC‑qMS, SIFT‑MS, různé typy vysokorozlišovacích MS a ion mobility modulů.

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčová zjištění a témata diskuse (souhrn napříč přednáškami):

• Temperature‑responsive LC (TRLC) s RID: použití „smart“ polymerních fází umožnilo řídit retenci teplotním profilem a zpřístupnit refrakční index detekci pro širší spektrum sloučenin bez gradientů organických rozpouštědel.
• Zelené přístupy v preparativní LC: náhrada acetonitrilu (ethanol, isopropanol, dimethyl carbonate) a multicolumn countercurrent systémy (MCSGP) výrazně snižují spotřebu toxických rozpouštědel při purifikaci peptidů (případová studie icatibantu).
• AI a computer vision pro GC×GC‑MS: algoritmy pro kompenzaci posunů retenčního času, augmented visualization a predikce aroma‑signatur umožňují rychlejší objev markerů v potravinářství a volatilomice.
• Pokroky ve strukturní identifikaci z MS dat: rozšíření fragmentačních technik (EAD, UVPD), IR‑ion spectroscopy (IR‑IS), H/D výměna, derivatizace, predikce CCS/IR pomocí kvantové chemie a strojového učení – dohromady schopné rozlišit polohové isomery metabolitů.
• Mass spectrometry imaging (MSI) a REIMS: ukázky aplikace v single‑cell lipidomice, intraoperativní diagnostice nádorů a rychlém určení hranic nádoru; translace do klinických nástrojů vyžaduje standardizaci a validaci.
• µPAC sloupce (2. generace) a další mikrostrukturální kolony: významně vyšší propustnost, nižší backpressure a potenciál pro nano‑/mikro‑flow proteomiku; ověřena lepší kinetika a možnosti další miniaturizace.
• Ion mobility v NTS: TIMS/TWIMS/cIMS významně zlepšuje selektivitu u stopových kontaminantů (POPs, plastifikátory) a pomáhá čistit spektra díky drift‑time filtraci; SWIM režim zvyšuje rozlišovací schopnost TIMS.
• Rozmanité aplikace a workflowy: targeted lipidomics pro rozlišení vzorků pacientů s kolorektálním karcinomem (PUFA marker‑pattern), vysokodávkové WBE (wastewater‑based epidemiology) s >2000 vzorky pomocí direct‑injection LC‑MS, komplexní analýza SAF a pyrolysis oil (GC×GC‑qMS, GC‑VUV), metody pro oligonukleotidy v IP‑RPLC s membránovým „stripperem“ pro odstranění ion‑párů před MS.
• Automatizace a digitalizace: robotická příprava certifikovaných referenčních materiálů (DEM‑IDMS), QbD automatizované metodiky (Fusion QbD) pro rychlý screening a optimalizaci HPLC metod, a Bayesovské přístupy k masivním chromatografickým datům.

Přínosy a praktické využití metod

Praktický dopad a přínosy diskutovaných technik:

• Větší analytická pokrytí a přesnost v NTS/NTA: integrace IMS a HRMS vede k vyšší spolehlivosti identifikací v prostředích s nízkým signálem.
• Zvýšení throughput a snížení nákladů: HT‑4D‑TIMS nebo sub‑5‑min lipidomika a online IMER/automatizované platformy pro mAbs / oligonukleotidy umožňují rychlé charakterizace pro farmaceutický vývoj a QC.
• Udržitelnost: zelené mobilní fáze, recyklace rozpouštědel a náhrada ACN/DMF (např. Cyrene) snižují ekologickou zátěž analytiky a preparativních procesů.
• Klinická aplikovatelnost: MSI/REIMS a breathomics slibují reálný přínos v diagnostice onemocnění (tumory, ILD u systémové sklerózy) s minimálně invazivním odběrem.
• Praktická nasaditelnost v průmyslu: vyspělé hyphenace (LC×SFC, GC×GC, SFC‑MS) a robustní sample‑prep (NTD, oligosorbenty) řeší analýzy složitých matric jako jsou pyrolysis oils, SAF nebo recyklované FCM.

Budoucí trendy a možnosti využití

Hlavní směry, na které se analytická komunita připravuje:

• Hlubší integrace AI: od předzpracování dat po prediktivní modelování vlastností a automatizované rozhodování v NTS a QC.
• Standardizace a validace NTS: rozvoj pracovních postupů a metrik pro kvantitativní NTS v regulovaných oblastech (voda, FCM, potraviny).
• Další miniaturizace a perfektní ordina: µPAC a 3D‑tisk sorbentů pro tailor‑made sample‑prep a mikro‑separace.
• Propojení vysokého rozlišení (FT‑ICR/Orbitrap) s IMS a rychlými chromatografiemi pro zachování jak rozsahu identifikace, tak propustnosti.
• Udržitelnost: širší adopce biosolventů, optimalizace make‑up solventů v SFC‑MS (ANN‑based predikce) a reduction‑first‑time strategie v metodickém vývoji.
• On‑line real‑time analýzy: rozšíření microreactor–MS, NTD/portable GC řešení a intraoperativních MSI nástrojů.

Závěr

Sympozium potvrdilo, že hyphenované techniky dál dominují pokroku v analytické chemii a nabízejí praktické řešení pro stále složitější analytické otázky. Kombinace nových separačních principů, pokročilých detekcí (IMS, HRMS) a datových strategií (AI, Bayes) umožní rychlejší, přesnější a ekologičtější analýzy. Prioritou zůstává standardizace NTS, validace přenosných klinických metod a širší adopce udržitelných pracovních postupů.

Reference

1. Baert M., Wicht K., Hou Z., Szucs R., Du Prez F., Lynen F. Exploration of the Selectivity and Retention Behavior of Alternative Polyacrylamides in Temperature Responsive Liquid Chromatography. Anal. Chem. 2020, 92, 9815–9822.
2. Bandini E., Wicht K., Ampe A., Baert M., Eghbali H., Lynen F. Hyphenating temperature gradient elution with refractive index detection through temperature-responsive liquid chromatography. Anal. Chim. Acta. 2022, 1231, 340441.
3. Caratti A., Trapani F., Fina A., Bicchi C., Liberto E., Reichenbach S.E., Tao Q., Geschwender D., Cordero C. Augmented visualization by computer vision and chromatographic fingerprinting on comprehensive two-dimensional gas chromatographic patterns: Unraveling diagnostic signatures in food volatilome. J. Chromatogr. A. 2023, 1699, 464010.
4. Müller B.H., Scholl G., Far J., De Pauw E., Eppe G. Sliding Windows in Ion Mobility (SWIM): a New Approach to Increase the Resolving Power in Trapped Ion Mobility‑Mass Spectrometry Hyphenated with Chromatography. Anal. Chem. 2023, 95, 17586–17594.
5. Sadighi R., de Kleijne V., Wouters S., Lubbers K., Gargano A.F.G., Haselberg R., Somsen G.W. Online multimethod platform for comprehensive characterization of monoclonal antibodies in cell culture fluid from a single sample injection - Intact protein workflow. Anal. Chim. Acta. 2024, 1287, 342074.
6. Belka M., Szynkiewicz D., Ulenberg S., Georgiev P., Hejna A., Mikolaszek B., Bączek T., Denayer J., Desmet G., Baron G.V., et al. Development of a 3D‑Printable Porous and Chemically Active Material Filled with Silica Particles and its Application to the Fabrication of a Microextraction Device. Anal. Chem. 2023, 95, 11632–11640.
7. Devaux J., Mignot M., Rouvière F., François I., Afonso C., Heinisch S. SFC‑FTICR and RPLC×SFC‑qTOF hyphenations for comprehensive characterization of microalgae bio‑oils. J. Chromatogr. A. 2023, 1697, 463964.
8. Koelmel J.P., et al. An actionable annotation scoring framework for gas chromatography‑high‑resolution mass spectrometry. Exposome. 2022;2(1):osac007.