Carbohydrate analysis by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAE-PAD)
Aplikace | 2021 | Thermo Fisher ScientificInstrumentace
High-performance anion-exchange chromatography s pulsed amperometric detection (HPAE-PAD) představuje jednu z nejvýznamnějších metod pro separaci a kvantifikaci široké škály sacharidů. Díky vysokému rozlišení, citlivé detekci v řádu nízkých pikomolárních hladin a možnosti analýzy nativních (nerozštěpených) cukrů bez derivatizace se HPAE-PAD uplatnila v biochemii, potravinářství, farmacii, environmentální analytice a v biopalivech.
Tento dokument aktualizuje dřívější Dionex Technical Note 20 a popisuje aktuální stav techniky HPAE-PAD. Shrnuje základy chromatografického i detekčního principu, vývoj polymerních anion-výměnných kolon rodiny CarboPac, doporučené pracovní postupy, možnosti přípravy eluční fáze včetně elektrolytické generace, postupy přípravy vzorků a přehled hlavních aplikací.
Princip metody spočívá v ionizaci neutrálních sacharidů při vysokém pH (>11) na oxyanionty, jejichž separace probíhá na polystyren-divinylbenzenu založených anion-výměnných kolónách s quaternárními aminy. Detekce využívá čtyřpotenciálové pulsed amperometric waveform, která střídavě oxiduje analyty, čistí a aktivuje povrch zlaté pracovní elektrody, což umožňuje detekci bez derivatizace s vynikajícím poměrem signál/šum. Eluenty připravované ručně (H2O, NaOH, NaOAc) nebo generované elektrolyticky (KOH, KMSA) zajišťují široké možnosti gradientních i izokratických separací.
Dokument mapuje evoluci CarboPac kolon od PA1 přes PA20 až po specializované kolony MA1, SA10 a PA300, optimalizované pro alkoholické cukry, sialové kyseliny, oligosacharidy a polymerní sacharidy. Ukazuje vliv pKa jednotlivých sacharidů na retenci, chemickou stabilitu vzorků při vysokém pH, a zdůrazňuje význam správné přípravy eluční fáze a údržby elektrody. Rozbor waveforms předkládá důvody pro přechod na reduktivní čištění elektrody a přednosti rychlejších datových frekvencí.
HPAE-PAD umožňuje:
Mezi klíčové směry dalšího rozvoje patří zdokonalení elektrolytické generace elučních fází, zavádění PdH referenčních elektrod s delší životností, rozšířené využití disposable elektrod, vylepšení waveforms pro rychlé metody, automatizované postupy pro složité matice a prohloubení integrace HPAE-PAD s MS pro strukturovou charakterizaci glykanů.
HPAE-PAD představuje stále aktuální a vysoce univerzální techniku pro analýzu sacharidů s nezanedbatelnou výhodou přímé detekce, vysoké citlivosti a minimalizace chemické úpravy vzorků. Neustálý vývoj kolon, detekčních vln a generace eluentských složek podporuje široké spektrum aplikací v řadě vědních a průmyslových oborů.
1. Lee YC. High-performance anion-exchange chromatography for carbohydrate analysis. Anal Biochem. 1990;189:151–162.
2. Townsend RR, Hardy MR. Analysis of glycoprotein using high-pH anion exchange chromatography. Glycobiology. 1991;1:139–147.
3. Lee YC. Carbohydrate analyses with high-performance anion-exchange chromatography. J Chromatogr A. 1996;720:137–149.
4. Cataldi RI, Campa C, De Benedette GE. Carbohydrate analysis by HPAE-PAD: The potential is still growing. Fresenius J Anal Chem. 2000;368:739–758.
5. Rohrer JS. Review: Analyzing sialic acids using HPAE-PAD. Anal Biochem. 2000;283:3–9.
6. Rohrer JS. HPAE-PAD for oligosaccharides in food and agricultural products. ACS Symp Ser. 2003;849:16–31.
7. Hardy MR, Rohrer JS. HPAEC with PAD for carbohydrate analysis. In: Comprehensive Glycoscience. Elsevier; 2007:303–327.
8. Behan JL, Smith KD. The analysis of glycosylation: a continued need for high pH anion exchange chromatography. Biomed Chromatogr. 2011;25:39–46.
9. Corradini C, Cavazza A, Bignardi C. HPAE-PAD as a powerful tool to evaluate food carbohydrates. Int J Carbo Chem. 2012;2012:487564.
10. Rohrer JS, Basumallick L, Hurum D. HPAE-PAD for glycoprotein carbohydrate analysis. Biochemistry (Moskow). 2013;78:697–709.
11. Paskach TJ, Lieker HP, Reilly PJ, Thielecke K. HPAE chromatography of sugars and sugar alcohols. Carb Res. 1991;215:1–14.
12. Rohrer JS, Olechno JD. Secondary isotope effect: resolution of deuterated glucoses. Anal Chem. 1992;64:914–916.
13. Rendleman JA Jr. Ionization of carbohydrates in presence of metal hydroxides. Adv Chem. 1973;51–69.
14. Lobry de Bruyn CA, van Ekenstein WA. Rec Trav Chim. 1895;14:195.
15. Anderson R, Sorenson A. Separation of alditols and sugars by HPAE-PAD. J Chromatogr A. 2000;897:195–204.
16. Olechno JD, Carter SR, Edwards WT, Gillen DG. Developments in chromatographic determination of carbohydrates. Am Biotech Lab. 1987;5:38–50.
17. Hotchkiss AT, Hicks KB. Analysis of oligogalacturonic acids by HPAE-PAD. Anal Biochem. 1990;184:200–206.
18. Rocklin RD, Clarke AP, Weitzhandler M. Improved reproducibility for pulsed amperometric detection. Anal Chem. 1998;70:1496–1501.
19. Jensen MB, Johnson DC. Anal Chem. 1997;69:1776–1781.
20. Rohrer JS. TN21: Optimal settings for pulsed amperometric detection. 2013.
21. Hurum D, Perati P, Christison T, Basumallick L, Rohrer J. TN186: Effect of working electrode gasket thickness. 2016.
22. Johnson DC. Personal communication.
23. Hurum D et al. TN110: Disposable Au/PTFE electrodes. 2011.
24. Aggrawal M, Rohrer J. TN73348: PdH reference electrode. 2020.
25. Thermo Fisher Scientific. Users’ electrochemical guide.
26. Rohrer JS. TN71: Eluent preparation for HPAE-PAD. 2017.
27. Chen Y et al. Dual electrolytic eluent generation for oligosaccharides analysis. Anal Chem. 2018;90:10910–10916.
Iontová chromatografie
ZaměřeníPotraviny a zemědělství
VýrobceThermo Fisher Scientific
Souhrn
Význam tématu
High-performance anion-exchange chromatography s pulsed amperometric detection (HPAE-PAD) představuje jednu z nejvýznamnějších metod pro separaci a kvantifikaci široké škály sacharidů. Díky vysokému rozlišení, citlivé detekci v řádu nízkých pikomolárních hladin a možnosti analýzy nativních (nerozštěpených) cukrů bez derivatizace se HPAE-PAD uplatnila v biochemii, potravinářství, farmacii, environmentální analytice a v biopalivech.
Cíle a přehled studie
Tento dokument aktualizuje dřívější Dionex Technical Note 20 a popisuje aktuální stav techniky HPAE-PAD. Shrnuje základy chromatografického i detekčního principu, vývoj polymerních anion-výměnných kolon rodiny CarboPac, doporučené pracovní postupy, možnosti přípravy eluční fáze včetně elektrolytické generace, postupy přípravy vzorků a přehled hlavních aplikací.
Použitá metodika a instrumentace
Princip metody spočívá v ionizaci neutrálních sacharidů při vysokém pH (>11) na oxyanionty, jejichž separace probíhá na polystyren-divinylbenzenu založených anion-výměnných kolónách s quaternárními aminy. Detekce využívá čtyřpotenciálové pulsed amperometric waveform, která střídavě oxiduje analyty, čistí a aktivuje povrch zlaté pracovní elektrody, což umožňuje detekci bez derivatizace s vynikajícím poměrem signál/šum. Eluenty připravované ručně (H2O, NaOH, NaOAc) nebo generované elektrolyticky (KOH, KMSA) zajišťují široké možnosti gradientních i izokratických separací.
Použitá instrumentace
- Chromatografický systém Thermo Scientific™ Dionex™ ICS/ICS-6000
- Anion-výměnné kolony Thermo Scientific™ Dionex™ CarboPac™ (PA1, PA10, PA20, PA200, MA1, SA10, PA300)
- Elektrochemická detekční buňka s pracovní zlatou elektrodou (disposable Au/PTFE), Ag/AgCl nebo PdH referenční elektrodou a ocelovým konterním elektrodovým tělem
- Pulsy ±0,6 V/–2,0 V dle čtyřpotenciálové vlny pro PAD
- Elektrolytické generátory eluční fáze (EGC) pro KOH a Dual EGC Mode (KOH/KMSA)
Hlavní výsledky a diskuse
Dokument mapuje evoluci CarboPac kolon od PA1 přes PA20 až po specializované kolony MA1, SA10 a PA300, optimalizované pro alkoholické cukry, sialové kyseliny, oligosacharidy a polymerní sacharidy. Ukazuje vliv pKa jednotlivých sacharidů na retenci, chemickou stabilitu vzorků při vysokém pH, a zdůrazňuje význam správné přípravy eluční fáze a údržby elektrody. Rozbor waveforms předkládá důvody pro přechod na reduktivní čištění elektrody a přednosti rychlejších datových frekvencí.
Přínosy a praktické využití metody
HPAE-PAD umožňuje:
- Komplexní monosacharidovou a sialovou analýzu glykoproteinů
- Kvalifikaci a autentizaci potravin (med, ovoce, mléčné výrobky, nápoje)
- Monitorování biologických vzorků a farmaceutik (aminoglykozidy, glukosamin)
- Kvantifikaci cukerných složek v biopalivech (dřevo, biomasa)
- Stanovení anhydrosacharidů v aerosolových vzorcích
- Profilování N- i O-vázaných glykanů a jejich přímé spojení s hmotnostní spektrometrií (HPAE-PAD/MS)
Budoucí trendy a možnosti využití
Mezi klíčové směry dalšího rozvoje patří zdokonalení elektrolytické generace elučních fází, zavádění PdH referenčních elektrod s delší životností, rozšířené využití disposable elektrod, vylepšení waveforms pro rychlé metody, automatizované postupy pro složité matice a prohloubení integrace HPAE-PAD s MS pro strukturovou charakterizaci glykanů.
Závěr
HPAE-PAD představuje stále aktuální a vysoce univerzální techniku pro analýzu sacharidů s nezanedbatelnou výhodou přímé detekce, vysoké citlivosti a minimalizace chemické úpravy vzorků. Neustálý vývoj kolon, detekčních vln a generace eluentských složek podporuje široké spektrum aplikací v řadě vědních a průmyslových oborů.
Reference
1. Lee YC. High-performance anion-exchange chromatography for carbohydrate analysis. Anal Biochem. 1990;189:151–162.
2. Townsend RR, Hardy MR. Analysis of glycoprotein using high-pH anion exchange chromatography. Glycobiology. 1991;1:139–147.
3. Lee YC. Carbohydrate analyses with high-performance anion-exchange chromatography. J Chromatogr A. 1996;720:137–149.
4. Cataldi RI, Campa C, De Benedette GE. Carbohydrate analysis by HPAE-PAD: The potential is still growing. Fresenius J Anal Chem. 2000;368:739–758.
5. Rohrer JS. Review: Analyzing sialic acids using HPAE-PAD. Anal Biochem. 2000;283:3–9.
6. Rohrer JS. HPAE-PAD for oligosaccharides in food and agricultural products. ACS Symp Ser. 2003;849:16–31.
7. Hardy MR, Rohrer JS. HPAEC with PAD for carbohydrate analysis. In: Comprehensive Glycoscience. Elsevier; 2007:303–327.
8. Behan JL, Smith KD. The analysis of glycosylation: a continued need for high pH anion exchange chromatography. Biomed Chromatogr. 2011;25:39–46.
9. Corradini C, Cavazza A, Bignardi C. HPAE-PAD as a powerful tool to evaluate food carbohydrates. Int J Carbo Chem. 2012;2012:487564.
10. Rohrer JS, Basumallick L, Hurum D. HPAE-PAD for glycoprotein carbohydrate analysis. Biochemistry (Moskow). 2013;78:697–709.
11. Paskach TJ, Lieker HP, Reilly PJ, Thielecke K. HPAE chromatography of sugars and sugar alcohols. Carb Res. 1991;215:1–14.
12. Rohrer JS, Olechno JD. Secondary isotope effect: resolution of deuterated glucoses. Anal Chem. 1992;64:914–916.
13. Rendleman JA Jr. Ionization of carbohydrates in presence of metal hydroxides. Adv Chem. 1973;51–69.
14. Lobry de Bruyn CA, van Ekenstein WA. Rec Trav Chim. 1895;14:195.
15. Anderson R, Sorenson A. Separation of alditols and sugars by HPAE-PAD. J Chromatogr A. 2000;897:195–204.
16. Olechno JD, Carter SR, Edwards WT, Gillen DG. Developments in chromatographic determination of carbohydrates. Am Biotech Lab. 1987;5:38–50.
17. Hotchkiss AT, Hicks KB. Analysis of oligogalacturonic acids by HPAE-PAD. Anal Biochem. 1990;184:200–206.
18. Rocklin RD, Clarke AP, Weitzhandler M. Improved reproducibility for pulsed amperometric detection. Anal Chem. 1998;70:1496–1501.
19. Jensen MB, Johnson DC. Anal Chem. 1997;69:1776–1781.
20. Rohrer JS. TN21: Optimal settings for pulsed amperometric detection. 2013.
21. Hurum D, Perati P, Christison T, Basumallick L, Rohrer J. TN186: Effect of working electrode gasket thickness. 2016.
22. Johnson DC. Personal communication.
23. Hurum D et al. TN110: Disposable Au/PTFE electrodes. 2011.
24. Aggrawal M, Rohrer J. TN73348: PdH reference electrode. 2020.
25. Thermo Fisher Scientific. Users’ electrochemical guide.
26. Rohrer JS. TN71: Eluent preparation for HPAE-PAD. 2017.
27. Chen Y et al. Dual electrolytic eluent generation for oligosaccharides analysis. Anal Chem. 2018;90:10910–10916.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
Carbohydrate analysis by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAE-PAD)
2021|Thermo Fisher Scientific|Aplikace
TECHNICAL NOTE 70671 Carbohydrate analysis by high-performance anion-exchange chromatography with pulsed amperometric detection (HPAE-PAD) Author: Jeffrey Rohrer Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA Keywords: Technical Note 20, monosaccharide, alditol, glycan, oligosaccharide, sialic acid, sugar Goal Update Dionex Technical Note 20 to…
Klíčová slova
hpae, hpaepad, padcarbohydrates, carbohydratesoligosaccharides, oligosaccharidesdetermination, determinationcarbohydrate, carbohydratemonosaccharide, monosaccharidesialic, sialicanion, anioncarbopac, carbopacdionex, dionexelectrode, electrodesugars, sugarsexchange, exchangepulsed
High-Performance Anion-Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection (HPAE-PAD) - Carbohydrates Analysis Application Notebook
2014|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Table of Contents Introduction Glycobiology Food and Beverage Biofuels Other Applications Innovative Solutions HPAE-PAD Resources High-Performance Anion-Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection (HPAE-PAD) Carbohydrates Analysis Application Notebook Table of Contents Introduction Glycobiology Introduction Food and Beverage Biofuels Other Applications Innovative…
Klíčová slova
hpae, hpaepad, padglycobiology, glycobiologybiofuels, biofuelsinnovative, innovativebeverage, beveragedionex, dionexcarbohydrates, carbohydratesresources, resourcescontents, contentscarbohydrate, carbohydratesolutions, solutionstable, tablefood, foodwood
Carbohydrate analysis with HPAE-PAD
2013|Thermo Fisher Scientific|Příručky
High-Performance Anion-Exchange Chromatography with Pulsed Amperometric Detection Carbohydrate analysis with HPAE-PAD Carbohydrate Analysis by HPAE-PAD Carbohydrates play vital roles in a variety of biological functions, including cellular communication, gene expression, immunology, organism defense mechanisms, and growth and development. They are…
Klíčová slova
hpae, hpaepad, padcarbohydrates, carbohydratescarbohydrate, carbohydrateoligosaccharides, oligosaccharidescarbopac, carbopacminutes, minuteselectrochemical, electrochemicalglycoprotein, glycoproteindetection, detectionamperometric, amperometricbiofuel, biofueldionex, dionexpulsed, pulsedsialic
Thermo Scientific Dionex Bio-IC Column Selection Guide
2018|Thermo Fisher Scientific|Příručky
Thermo Scientific Dionex Bio-IC Column Selection Guide Dionex CarboPac and Dionex AminoPac Columns Column Part Number - Format Capacity (µeq/column) Recommendations Official Method/ Target Applications Application Notes Thermo Scientific™ Dionex™ CarboPac™ PA200 Columns for Dual EGC mode on the Thermo…
Klíčová slova
hpae, hpaepad, paddionex, dionexthermo, thermoscientific, scientificcarbopac, carbopacdisaccharides, disaccharidesamino, aminocarbohydrates, carbohydratessialic, sialicacids, acidsoligosaccharides, oligosaccharidessolvents, solventscommon, commonfast