The Effects of SFC Preparative Scale-up on Throughput, Purity, and Recovery of an Impurity in an API Mixture

Význam tématu

Superkritická fluidní chromatografie (SFC) v preparativním měřítku nabízí ekologičtější a rychlejší alternativu k tradičním technikám separace. Optimalizace převodu analytických metod na vyšší měřítko umožňuje efektivní izolaci miligramů až gramů nízce koncentrovaných nečistot v API s minimální spotřebou vzorku a rozpouštědel.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ukázat, jak převést analytickou metodu na ACQUITY UPC2 pro separaci acetaminofenu a nečistot (4-nitrofenol, 4-chloroacetanilid) na preparativní měřítko pomocí systému Prep SFC 150 Mgm. Studie se zaměřila na udržení chromatografické shody, maximalizaci výtěžku 0,1% nečistoty a porovnání propustnosti při různých průměrech kolon (19 mm vs. 30 mm).

Použitá metodika

• Analytická SFC (UPC2): kolona Torus 2-PIC 4,6×100 mm, 5 µm, isokratická fáze CO₂/methanol 80:20, průtok 3,5 mL/min, detekce PDA 247/306 nm.
• Preparativní SFC (Prep SFC 150 Mgm): kolona Torus 2-PIC 19×100 mm, průtok přepočten masovým škálováním (CO₂ 45 g/min, methanol 12 mL/min), teplota 35 °C, tlak 120 bar, modifier-stream injekce 0,5 mL, stacking až 25 cyklů.
• Ortogonální ověření: UPLC H-Class C18 2,1×150 mm, gradient 20–80 % acetonitrilu, detekce 247/306 nm.

Použitá instrumentace

• Waters ACQUITY UPC2 System
• Waters Prep SFC 150 Mgm System
• Waters ACQUITY UPLC H-Class System
• ChromScope v2.0 Chromatography Data Software
• Empower 3 Chromatography Data Software

Hlavní výsledky a diskuse

Geometrické škálování vedlo k téměř identickému retenci nečistoty a API mezi analytickým a preparativním systémem. První cyklus izolace 4-nitrofenolu dosáhl 52 % čistoty a 92 % výtěžnosti. Druhý cyklus zvýšil čistotu na 99 % při ~90% výtěžnosti. Zvýšení průměru kolony na 30 mm odhadovaně zkrátilo dobu izolace 10 mg z 29 hodin na 12 hodin bez navýšení nákladů na mobilní fázi.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby izolace nízce koncentrovaných nečistot.
• Optimalizace spotřeby CO₂ a ko-solventů díky přesnému škálování.
• Vysoká reprodukovatelnost separací mezi analytickým a preparativním měřítkem.
• Rychlé kvantitativní i kvalitativní ověření impurit v API.

Budoucí trendy a možnosti využití

Preparativní SFC bude pokračovat v rozvoji díky pokročilým softwarovým nástrojům pro automatizované škálování a novým typům mobilních fází. Inovace v injekčních systémech a materiálech kolon rozšíří možnost aplikací na termolabilní či extrémně nepolární sloučeniny.

Závěr

Studie potvrdila efektivní převod analytické SFC metody na preparativní úroveň s vysokou výtěžností a čistotou cílové nečistoty. Geometrické škálování a optimalizace parametrů zajistily konzistentní chromatografické výsledky, zkrácení času izolace a úsporu nákladů.

Reference

1. Runco J. Beginners Guide to Preparative Chromatography. Waters Corporation, 2017.
2. Runco J.; Aubin A. J. Practical Strategies for Successful Scaling from UPC2 to Preparative SFC. Chromatography Today, 2018.