The Development of a Virtual Liquid Chromatography Method Development Tool

Význam tématu

Laboratorní vývoj a optimalizace kapalinové chromatografie (LC) je tradičně časově i nákladově náročný proces vyžadující rozsáhlé experimenty, využití různých kolon a organických modifikátorů. Virtuální nástroj pro návrh LC metod nabízí příležitost minimalizovat spotřebu chemikálií, zkrátit dobu vývoje a zvýšit dostupnost instrumentů pro analytické úlohy ve farmaceutickém výzkumu, forenzní chemii i průmyslové kontrole kvality.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout bezplatný softwarový model pro virtuální vývoj a optimalizaci LC metod zaměřený na separaci látek z databáze drog a omamných látek (Drugs of Abuse, DoA). Výzkum představil třietapovou verifikaci návrhů na reálných přístrojích, testoval přenositelnost na různé sloupce a optimalizoval klíčové parametry jako délku a vnitřní průměr kolony, složení mobilní fáze, gradienty a teplotu.

Použitá metodika a instrumentace

• Virtuální model založený na knihovně retenčních časů vybraných sloučenin DoA (základ 50 analytů, postupně rozšířeno na ~180)
• Kolony: Raptor Biphenyl 2,7 µm (50×2,1 mm, 100×2,1 mm, 50×3,0 mm) a Raptor C18 2,7 µm
• Mobilní fáze: voda s 0,1 % kyseliny formiové; acetonitril a methanol s 0,1 % kyseliny formiové
• Gradienty: lineární, isokratické a vícekrokové studie (0–98 % organiky v časech 0–12 min)
• Teploty: 30 °C, 35 °C, 40 °C, 45 °C, 50 °C
• Detekce: MS/MS v režimu ESI+, MRM; objem injekce 1 µL

Hlavní výsledky a diskuse

Modelovaný a experimentální retenční časy pro 14 testovacích látek mezi 1,9 a 5,8 min vykázaly vysokou shodu: více než 98 % výsledků bylo v cílovém okně ±15 s. Verifikační testy v třech fázích (různé dimenze kolony, změny průtoku, gradientu a teploty) prokázaly přenositelnost korekčních faktorů mezi formacemi i sloupci. Empirické experimenty potvrdily dobré rozlišení kritických párů analytů (např. methamphetamin vs. phentermine) bez nutnosti opakovaných laboratorních úprav.

Přínosy a praktické využití metody

Virtuální nástroj výrazně zkracuje proces vývoje LC metod tím, že eliminuje většinu počátečních experimentů a umožňuje rychlé návrhy optimálních podmínek. To je zásadní pro laboratoře s omezenou dostupností přístrojů nebo pro uživatele s menší zkušeností. Umožňuje efektivně navrhovat metody pro forenzní screening drog, farmaceutickou kontrolu kvality nebo environmentální analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření knihovny o další třídy látek (kanabinoidy, metabolity, pesticidy)
• Přidání nových rozměrů kolony: 30×2,1 mm, 30×3,0 mm, 150×2,1 mm, 150×3,0 mm
• Podpora různých částic (SPP 1,8 a 4,6 µm, FPP) a kolaborace s dalšími platformami LC-MS
• Integrace strojového učení pro automatickou optimalizaci parametrů
• Vícejazyčné rozhraní a cloudové řešení pro sdílení knihoven mezi laboratořemi

Závěr

Prezentovaný virtuální LC modeler nabízí robustní a snadno použitelný nástroj pro návrh a optimalizaci chromatografických podmínek s vysokou přesností predikce retenčních časů. Významně zkracuje dobu vývoje metod, minimalizuje spotřebu materiálů a zvyšuje efektivitu laboratorního provozu.

Reference

Urich M., York J., Garrett J., Nelson C., Yosca T., Steimling J. The Development of a Virtual Liquid Chromatography Method Development Tool. Restek/Analytical Innovations Inc.