Charged aerosol detection - factors affecting uniform analyte response

Význam tématu

Detekce nabitých aerosolů (CAD) je široce uplatnitelná technika pro měření nefotosenzitivních nebo málo chromoforických sloučenin v HPLC/UHPLC. Díky své mass-flow senzitivitě a nezávislosti odpovědi na chemické struktuře analyzovaných látek CAD umožňuje přesnou kvantifikaci neznámých látek bez nutnosti pro každý analyte připravovat vlastní standard.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je vysvětlit faktory ovlivňující jednotnou odpověď CAD a ukázat praktické postupy pro zlepšení kvantifikace zejména u polovolatilních a těkavých látek. Práce představuje princip detekce nabitých aerosolů, ukazuje vliv složení mobilní fáze, volatility anelytů, tvorby solí a hustoty částic. Jako ilustrativní příklady jsou představeny analýza extrahovatelných látek z biovýriskových materiálů, kvantifikace impurit u paclitaxelu a tenofoviru.

Použitá metodika a instrumentace

Detektor CAD kombinuje pneumatickou nebulizaci, sušení částic, jejich nabíjení v koronovém výboji a měření náboje ultra citlivým elektrometrem. Pro zajištění konstantního složení mobilní fáze do detektoru se používá tzv. „inverse gradient“ (doplnková pumpa s inverzním gradientem). Klíčové instrumentální prvky:

• UHPLC systémy Vanquish Flex Duo s duálními pumpami a Corona Veo CAD
• Diodový UV/VIS detektor pro porovnání citlivosti
• Chromeleon CDS 7.2.8 s průvodcem pro nastavení inverse gradientu

Metodika zahrnuje jak izokratické, tak gradientní separace, doplněné o výpočet objemu kolonového mrtvého objemu a objemu zpoždění v obou cestách.

Hlavní výsledky a diskuse

• Uniformita odpovědi: CAD prokázal variabilitu detekční odpovědi pod 6 % u 36 různých netěkavých látek bez použití kolony (Flow Injection Analysis).
• Vliv mobilní fáze: Bez inverse gradientu roste CAD signál s rostoucím podílem organiky, což vede k nadhodnocení pozdně eluujících látek. Inverse gradient zajistí konstantní složení eluentu do CAD a minimalizuje tento artefakt.
• Příklady použití:
– Extrahovatelné/nikatelné látky z buněčných vaků: zatímco UV odpověď silně kolísá podle absorpce, CAD poskytl stabilní kvantifikaci bez znalosti extinction coefficient.
– Paclitaxel: bez inverse gradientu až o 10 % vyšší vyhodnocené impurity; s inverse gradientem se rozdíly zmenšily.
– Tenofovir: analýza impurit v jedné kalibrační křivce, s inverse gradientem výrazné snížení baseline driftu.
• Vliv volatility a tvorba solí: Látky s bodem varu > 400 °C chovají jako non-volatile. Polovolatilní či těkavé látky lze stabilizovat tvorbou nesublimovatelných solí (např. oxalát + TEA), naopak ionizovatelné analyty tvořící soli s vysokomolekulárními pufry mohou zvýšit detekční odpověď podle molární hmotnosti protiónu.

Přínosy a praktické využití metody

• Univerzální kvantifikace neznámých látek bez standardů pro každý analyte.
• Snížení chyb kvantifikace v gradientních elucích díky konstantnímu složení eluentu (inverse gradient).
• Rozšíření detekčního okna na polovolatilní a těkavé sloučeniny vhodným pH a volbou nízkomolekulárních pufrů.
• Vysoká citlivost a reprodukovatelnost pro QA/QC, farmaceutické impurity profiling, biotechnologické extrakce a potravinářskou analytiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další výzkum mechanismů aerosolové tvorby a přechodů plyn/částice pro lepší predikci citlivosti.
• Integrace CAD s dalšími detektory (MS, UV/VIS) pro komplexní multidetekční platformy.
• Rozvoj softwarových nástrojů pro automatizaci nastavení inverse gradientu a validaci metod.
• Využití CAD v reálném čase pro monitorování výrobních procesů a on-line detekci kontaminant.

Závěr

Detekce nabitých aerosolů nabízí bezkonkurenční uniformitu odpovědi u nefotosenzitivních a většiny polovolatilních látek. Optimalizací provozních parametrů – zejména využitím inverse gradientu, volbou vhodného pufru a teploty odpařovače – lze dále zlepšit přesnost a citlivost analýz. CAD se tak stává klíčovým nástrojem v moderní analytické chemii.

Reference

1. Gamache PH, ed. Charged Aerosol Detection for Liquid Chromatography and Related Separation Techniques. Wiley.
2. Thermo Scientific Application Note AN72594: Quantification of paclitaxel, its degradants, and related substances using UHPLC with charged aerosol detection, 2018.
3. Thermo Scientific Poster PO72726: A multi-detector set-up comprising UV/VIS, CAD and single quadrupole MS for comprehensive quantitative sample analysis, 2018.