SFC Basic Guide - Shimadzu Supercritical Fluid Chromatograph

Význam tématu

Superkritická fluidní chromatografie (SFC) nabízí schopnost spojit výhody plynové i kapalinové chromatografie za pomoci nadkritického CO2 jako mobilní fáze. Tato metoda je významným příspěvkem k udržitelné chemii, protože minimalizuje použití organických rozpouštědel, snižuje emise CO2 a umožňuje analýzu širokého spektra látek díky miscibilitě s vodou rozpustnými modifikátory. SFC se uplatňuje v rychlé analýze i preparativní čistění v oblastech farmacie, potravinářství, průmyslové analytiky a environmentálního monitoringu.

Cíle a přehled studie

Cílem dokumentu je poskytnout ucelený přehled základních principů, instrumentace, metodiky a praktických aplikací SFC. Brožura zahrnuje fyzikální vlastnosti superkritických kapalin, srovnání SFC s HPLC/GC, konfiguraci přístrojů, optimalizaci analytických podmínek a ukázky reálných aplikací od screeningových měření po preparativní separace.

Použitá metodika a instrumentace

SFC systém má podobnou stavbu jako HPLC, avšak obsahuje:

• CO2 čerpadlo s chlazením pro vytváření a dodávku nadkritického CO2
• Back pressure regulator pro udržení tlaku v kapilárách
• Modifikátorové čerpadlo pro organický modifier (MeOH, ACN, EtOH)
• Make-up čerpadlo pro přídavný solvent před detektor (MS, ELSD)
• Kolonový ohřev, autosampler a detektory (UV/PDA, MS, ELSD)
• Gas-liquid separator LotusStream pro preparativní režim
• SFE jednotka pro online i offline extrakci nadkritickým CO2

Hlavní výsledky a diskuse

SFC s CO2 jako mobilní fází přináší:

• nízkou polaritu podobnou n-hexanu pro normal-fázovou selektivitu
• miscibilitu s organickými modifikátory pro rozšířené chemické spektrum
• nízkou viskozitu a vysokou difuzi pro ultra-rychlou analýzu bez ztráty rozlišení
• rychlou odpařitelnost CO2 pro zvýšenou citlivost SFC-MS a snížení potlačení ionizace
• nízké náklady a minimalizaci odpadu ve srovnání s HPLC
• vysokou návratnost a čistotu (>99 %) v preparativních aplikacích
• automatizované scouting systémy pro rychlé vyhledání optimálních podmínek
• aplikace na analýzu triglyceridů, separaci chirálních API, extrakci přírodních produktů, screening ciclesonidu a aromatických frakcí

Přínosy a praktické využití metody

SFC představuje ekologickou a efektivní alternativu k HPLC a GC s nižší spotřebou rozpouštědel a odpadu. Je ideální pro rutinní QC v pharma i potravinářství, analýzu pesticidů, lipidů, chirálních sloučenin, přírodních extraktů a preparativní čistění a purifikace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• rozvoj kombinovaných UHPLC/SFC switching systémů pro univerzální chromatografii
• rozšiřující se automatizace online/offline SFE-SFC pro minimalizaci předúprav
• nové stacionární fáze pro zlepšení selektivity i stability při vysokém tlaku
• prohlubování integrace s vysokorozlišovacími MS technikami pro identifikaci stopových komponent
• škálovatelnost pro poloprocesní a průmyslové preparativní separace
• rozšíření aplikací v biomedicíně, ochraně životního prostředí a výrobě funkčních materiálů

Závěr

Superkritická fluidní chromatografie založená na nadkritickém CO2 nabízí unikátní kombinaci rychlosti, selektivity, citlivosti a environmentální udržitelnosti. Díky dalšímu rozvoji přístrojů, kolon a softwarových nástrojů se SFC stává klíčovou metodou pro moderní laboratoře i průmyslové analýzy.

Reference

• Simultaneous analysis for water- and fat-soluble vitamins by a novel single chromatography technique unifying SFC and LC, J Chromatogr A 1362 (2014) 270–277
• Overview of the retention in subcritical fluid chromatography with varied polarity stationary phases, J Sep Sci 31 (2008) 1238–1251
• The dependence of reduced plate height on reduced velocity in CO2 supercritical fluid chromatography, Chromatographia 21 (1987) 1–25
• Comparison of retention behavior between SFC and normal-phase HPLC with various stationary phases, Molecules 24 (2019) 2425
• Comparison of reversed-phase HPLC separation using CO2 and fluoroform for enhanced-fluidity mobile phases, Anal Chem 70 (1998) 1595–1603
• Advantageous use of SFC for separation of crude therapeutic peptides and peptide libraries, J Pharm Biomed Anal 185 (2020)