Achieving Solvent Reduction and Lower Running Costs with Nexera X4

Snížení spotřeby rozpouštědel a provozních nákladů pomocí Nexera X4 — shrnutí

Význam tématu

V laboratorní chromatografii představuje spotřeba organických mobilních fází významný provozní i ekologický problém. Snižování objemu použitých rozpouštědel vede ke snížení provozních nákladů, menšímu objemu odpadních rozpouštědel a lepší udržitelnosti provozu. Současně je zásadní zachovat analytickou výkonnost (rozlišení, tvar píků, opakovatelnost), což vyžaduje potlačení šíření pásma v systémech s malým průřezem toku a přesné nízkoobjemové injekce.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem prezentovaného případu bylo demonstrovat, že kombinace analytického UHPLC přístroje Nexera X4 a úzkoprůměrové kolony (1,0 mm I.D.) umožní významné snížení spotřeby rozpouštědel bez zhoršení chromatografické kvality. Jako modelový vzorek byl použit směsný standard osmi malých farmaceutických látek a srovnávala se spotřeba rozpouštědel a kvalita píků pro různé vnitřní průměry kolony.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Fázování: gradient od 5 % acetonitrilu na začátku do 70 % na 3. minutě, návrat na 5 % v rozmezí 3–8 min (roztok A: 0,1 % kyseliny mravenčí ve vodě; roztok B: acetonitril).
• Teplota kolony: 50 °C.
• Průtok: 0,1 mL/min (lineární rychlost udržena konstantní pro porovnání různých ID).
• Mikromíchač, smyčka vzorku 15 µL, injekční objem 0,3 µL.
• Detekce: UV 254 nm (SPD-M40 X4, standardní kyveta).

Analytické stanovované látky (modelový mix): antipyrin, benzoová kyselina, salicylová kyselina, hydrokortison, furosemid, naproxen, probenecid, diklofenak.

Použitá instrumentace:

• Shimadzu Nexera X4 s nízkou disperzí a minimalizovaným vnitřním objemem toku.
• Detektor SPD‑M40 X4 (UV, 254 nm).
• Analytická kolona: Shim-pack NovaCore C18‑HB, 50 mm × 1.0 mm I.D., 1.7 µm (P/N 227-32901-01).

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčové nálezy:

• Použití 1,0 mm I.D. kolony při zachování lineární rychlosti redukovalo spotřebu rozpouštědel výrazně oproti běžným 2.1 a 3.0 mm kolonám. Při srovnání relativních hodnot byla spotřeba u 3.0 mm kolony nastavena na 100 %; 2.1 mm kolona vykázala ~49 % a 1.0 mm kolona ~11 % této hodnoty, tedy přibližně 9násobné snížení při přechodu z 3.0 na 1.0 mm a ~4,5násobné snížení oproti 2.1 mm.
• Nexera X4 díky nízkodisperzní konstrukci (minimalizované extra‑column objemy) uchovala ostré tvary píků na 1 mm koloně. Porovnání s typickým UHPLC systémem ukázalo širší pík téhož vzorku u srovnávacího systému, což ilustruje vliv extra‑column disperze při práci s úzkými kolonami.
• Chromatogramy získané na 1 mm koloně při použití Nexera X4 poskytly dostatečné rozlišení pro analytické účely a byly kompatibilní s velmi nízkými injekčními objemy (0,3 µL).

Diskuse:
Výsledky potvrzují, že klíčovým faktorem při downskalování chromatografických metod není pouze samotná kolona, ale celková konstrukce softwaru a hardwaru HPLC systému — primárně minimalizace průtokových objemů mimo kolonu a přesná manipulace se vzorkem. Bez potlačení extra‑column disperze by výhody úzkoprůměrových kolon (snížená spotřeba rozpouštědel) byly vykoupeny zhoršenou chromatografickou kvalitou.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy:

• Výrazné snížení spotřeby organických rozpouštědel a tím i nižší provozní náklady a objem odpadního odpadu.
• Udržení nebo zlepšení tvaru píků a rozlišení při použití maloprůměrových kolon díky nízkodisperznímu provedení systému.
• Vhodnost pro rutinní QC a farmaceutické analýzy, kde jsou požadovány krátké analýzy s nízkými náklady a menším ekologickým dopadem.

Praktické scénáře využití:

• Kontrolní laboratorní analýzy v průmyslu farmacie a biotechnologií.
• Metody pro vysokoprůchodové testování (screening) s důrazem na úsporu nákladů a odpadu.
• Případy, kde je potřeba rychlých analýz s minimální spotřebou mobilní fáze (např. stabilitní studie, rutinní kontroly kvality).

Budoucí trendy a možnosti využití

Místa dalšího rozvoje a aplikací:

• Další miniaturizace a přechod k kapilárním a mikro‑LC aplikacím s cílem dalšího snížení spotřeby a zlepšení citlivosti při hmotnostní spektrometrii.
• Integrace s MS detekcí pro rozšířenou selektivitu a identifikaci — přizpůsobení rozhraní mezi nízkým průtokem a vstupem do MS.
• Automatizace a přenos metod mezi systémy s důrazem na řízení extra‑column objemů a robustní validaci metod pro průmyslové nasazení.
• Zaměření na „zelenou chromatografii“: volba méně toxických rozpouštědel, recyklace rozpouštědel a optimalizace metod pro nízké uhlíkové emise.

Závěr

Studie ukazuje, že při použití Nexera X4 lze bezpečně provozovat úzkoprůměrové kolony (1,0 mm I.D.) a dosáhnout výrazného snížení spotřeby mobilních fází bez ztráty chromatografické kvality. Klíčovým prvkem úspěchu je nízkodisperzní design systému, který minimalizuje extra‑column šíření a dovoluje využít plný potenciál maloprůměrových kolon. Tento přístup přináší jak ekonomické, tak environmentální výhody a je vhodný pro nasazení v rutinních i výzkumných laboratořích.

Reference

1. Shimadzu Corporation: Application News — Achieving Solvent Reduction and Lower Running Costs with Nexera X4, First Edition, Feb. 2026. (Produkt: Nexera X4; kolona Shim-pack NovaCore C18‑HB, P/N 227-32901-01)