Carbohydrate Determination by HPAE-PAD with Disposable Au on PTFE Working Electrodes

Význam tématu

Stanovení sacharidů hraje klíčovou roli v potravinářství, biotechnologiích, farmakologii i výrobě biopaliv. Přesná a reprodukovatelná analýza mono-, di- a oligosacharidů, aminoglykosidových antibiotik či specifických kyselin (např. sialových) umožňuje kontrolu kvality, optimalizaci výrobních procesů a sledování biologických transformací. Kombinace vysokovýkonné aniontově výměnné chromatografie (HPAE) se selektivní elektrochemickou detekcí (PAD) představuje citlivou a přímou metodu bez potřeby složitého značení.

Cíle a přehled studie / článku

Účelem textu je představit a ověřit použitelnost jednorázových Au na PTFE pracovních elektrod v systémech HPAE-PAD. Studie dokumentuje srovnání s dosavadními polymer-vloženými elektrodami, hodnotí výkon v různých aplikacích (potraviny, biopaliva, glykanové analýzy, HMF, antibiotika), popisuje životnost elektrod, stabilitu signálu a robustnost metody.

Použitá instrumentace

• Ion chromatograf Thermo Scientific Dionex ICS-3000 nebo ICS-5000 s Reagent-Free™ Ion Chromatography (RFIC™)
• Eluent Generator Cartridge II (EGC II KOH) s modulem CR-ATC
• Elektrochemický detektor (ED) s pulzní amperometrickou detekcí
• Elektrochemická buňka s jednoděložnými jednorázovými Au/PTFE pracovními elektrodami a Ag/AgCl referenční elektrodou
• Kolonové moduly CarboPac (PA1, PA200, PA20, SA10) a příslušné guard kolony
• Softwarové prostředí Dionex Chromeleon™ 7
• Laboratorní spotřební materiál: mikrocentrifugy, injekční vials, nylonové filtry 0,2 µm

Použitá metodika

Metoda vychází z HPAE separace sacharidů na aniontově výměnných kolónách při vysokém pH a následné pulzní amperometrické detekce. Eluenty připravované online pomocí eluentního generátoru (10–150 mM NaOH; směsi NaOH/acetát 100 mM/1 M) nebo manuálně vysoké čistoty (50–300 mM NaOH) zajišťují separaci různých řad sacharidů, oligosacharidů, sialových kyselin či aminoglykosidů. Detekční cyklus zahrnuje čtyři potenciály pro automatické čištění a regeneraci Au elektrod.

Hlavní výsledky a diskuse

Jednorázové Au/PTFE elektrody bez potřeby leštění dosahují konzistentní odezvy po dobu až čtyř týdnů s maximálním poklesem signálu pod 15 %. Elektrodový šum (20–110 pC) a základní signál (20–64 nC) odpovídají komerčním standardům. V aplikacích pro kávu, bio-paliva i HMF byly dosaženy RSD jednorázových i meziselektrodových replikací pod 6 %. Linearity (r2>0,99) potvrdila kvalitu pro rozsahy: 0,1–50 µg/mL HMF, 2–16 µg/L kanamycin, 4–40 µg/L amikacin, 0,4–2 mg/mL galaktóza, 1–100 pmol Neu5Ac. Sialové kyseliny vykázaly >99,9% korelaci s konvenčními elektrodami. Zvýšená pevnost elektrod umožňuje použití hydroxidických elučních podmínek >100 mM NaOH.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace času a nákladů na leštění elektrod a jejich údržbu
• Jednoduchá výměna jednorázových elektrod při poklesu výkonu
• Rozšířený rozsah pracovních pH a delší životnost (>4 týdny)
• Vysoká citlivost a reprodukovatelnost pro široké spektrum sacharidů a acetylovaných látek
• Vhodné pro rutinní QC laboratorní analýzy i akademický výzkum

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj materiálů jednorázových elektrod s vyšší odolností vůči organickému znečištění, miniaturizace systémů pro on-line monitorování procesů ve fermentacích, rozšíření detekčního spektra na deriváty sacharidů spojením s hmotnostní spektrometrií a zavádění vysoce propustných (high-throughput) analýz pro screening biomarkerů.

Závěr

Jednorázové Au/PTFE pracovní elektrody v HPAE-PAD nabízejí spolehlivé, citlivé a ekonomické řešení pro analýzu sacharidů napříč řadou aplikací. Jejich stabilita při vyšších pH a dlouhodobá reprodukovatelnost umožňují snížit provozní náklady, zjednodušit údržbu a urychlit workflow v analytických laboratořích.

Reference

1. Brummer Y., Cui S.W. Understanding Carbohydrate Analysis. In Food Carbohydrates, CRC Press, 2005.
2. Hardy M.R., Rohrer J.S. High-pH Anion-Exchange Chromatography and PAD for Carbohydrate Analysis. In Comprehensive Glycoscience, 2007.
3. Sluiter A. et al. Determination of Sugars, Byproducts and Degradation Products in Liquid Fraction Process Samples. NREL/TP-510-42623, 2008.
4. Bhattacharyya L. Application of Ion Chromatography with Electrochemical Detection in Fermentation and Cell Culture. BioPharm Int., 2011.
5. Rocklin R.D. et al. Improved Reproducibility for PAD of Carbohydrates via New Quadruple-Potential Waveform. Anal. Chem., 1998.
6. Dionex TN 21: Optimal Settings for PAD of Carbohydrates. 1998.
7. Dionex AN 270: Determination of HMF in Honey and Biomass. 2011.
8. Dionex AN 267: Analysis of Kanamycin and Amikacin Meets USP. 2011.
9. Dionex AN 280: Carbohydrates in Coffee: AOAC Method vs IC. 2011.
10. Dionex AN 282: Rapid Determination of Biofuel Sugars. 2011.
11. Dionex AU 176: Preparation of Peptide N-Glycosidase F Digests. 2010.
12. Dionex AU 180: Direct Determination of Sialic Acids in Glycoprotein Hydrolyzates. 2011.
13. Dionex TN 71: Eluent Preparation for HPAE-PAD. 2007.
14. Dionex PM CarboPac SA10, Section 2.5. 2010.
15. Dionex TN 41: Analysis of Sialic Acids Using HPAE-PAD. 2000.