ULDC – Effects of extra column volume and extra column dispersion

Význam tématu

Minimalizace objemu mimo kolonu (extra column volume, ECV) je klíčovým krokem ke zvýšení účinnosti a citlivosti kapalinové chromatografie. Redukce mrtvého objemu vede k užším a ostřejším píkům, lepšímu rozlišení analytů a vyššímu poměru signál/šum, což je zásadní pro rychlé a přesné kvalitativní i kvantitativní analýzy.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat standardní HPLC konfiguraci s ultra low dispersion chromatografií (ULDC) na přístroji KNAUER AZURA 862. Studie sledovala vliv snížení ECV na parametry jako výška a šířka píků, počet teoretických ploten, rozlišení a poměr signál/šum při analýze 8 standardních sloučenin.

Použitá metodika a instrumentace

Pro vyhodnocení ECV byla injektována roztoková směs kofeinu metodou bez kolony. Pro analytické měření se použila gradientní metoda na koloně 50×2,1 mm, 1,9 µm C18 s pětistupňovým gradientem vody a acetonitrilu při průtoku 0,7 ml/min.

Použitá instrumentace

• Chromafilační systém AZURA 862 ULDC HPG (tlaková rezerva do 862 bar)
• Detektor DAD 2.1L, měřicí buňka 10 mm, 2 µl
• Kolona Supelco Titan C18 2,1×50 mm, 1,9 µm
• Kapiláry a konektory pro ultra nízké disperze
• Software Chromeleon 7.2

Hlavní výsledky a diskuse

• Redukce ECV z 24 µl (HPLC) na 8,5 µl (ULDC) – pokles o 65 %
• Zvýšení výšky píku u anilinu o 35 %
• Zlepšení poměru signál/šum mezi 56 % (toluene) až 156 % (N,N-dimethylanilin)
• Zúžení šířky píku (w0,5) o 0,72 s
• Navýšení počtu teoretických ploten a dosažení baseline rozlišení kritických párů analytů (např. N,N-dimethylanilin, ethylbenzoát, toluene)
• Zvýšení provozního tlaku až na 510 bar při 0,7 ml/min

Přínosy a praktické využití metody

Metoda ULDC výrazně zvyšuje citlivost a přesnost analýzy bez nutnosti pořízení samostatného UHPLC systému. Vyšší rozlišení a lepší S/N usnadňují kvantifikaci stopových látek a zkracují doby analýzy, což ocení laboratorní workflow v akademii i průmyslu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj lze očekávat v oblasti ještě menších kolonnových dimenzí, automatizace spojů minimalizujících mrtvý objem, integrace s mikrofluidními moduly a využití umělé inteligence pro on-line optimalizaci chromatografických podmínek. Zároveň roste poptávka po ekologičtějších mobilech fázích a vyšší tokové rychlosti.

Závěr

Implementace ULDC na standardním přístroji AZURA 862 umožňuje snížit extra column volume o dvě třetiny, zúžit pík, zvýšit počet teoretických ploten, dosáhnout lepšího rozlišení a až dvojnásobného zlepšení signál/šum. Metoda nabízí výrazné zvýšení výkonu chromatografie bez investice do specializovaného UHPLC.

Reference

1. Grinias J.P., Bunner B., Gilar M., Jorgenson J.W. Measurement and Modeling of Extra-Column Effects Due to Injection and Connections in Capillary Liquid Chromatography. Chromatography 2015.
2. Schultze-Jena A., Boon M.A., Bussmann P.J.Th., Janssen A.E.M., van der Padt A. The counterintuitive role of extra-column volume in the determination of column efficiency and scaling of chromatographic processes. Journal of Chromatography A, 2017.
3. Hong P., McConvill P.R. Dwell Volume and Extra-Column Volume: What Are They and How Do They Impact Method Transfer? Waters White Paper, 2018.
4. Chromeleon™ 7.2, Thermo Fisher Scientific, Software Documentation.