17th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation Technology - Book of Abstracts

Význam tématu

Význam sympozia HTC-17 spočívá v přehledu současných pokroků v tzv. hyphenovaných technikách chromatografie a separační analytiky, které kombinují separaci s komplementární detekcí (MS, FT-IR, IMS, FID, DAD apod.). Tyto přístupy řeší aktuální požadavky praxe: vyšší propustnost (throughput), citlivost a selektivitu pro komplexní matricové problémy v biofarmaceutickém vývoji, potravinářství, environmentální analytice a forenzice. Konference zdůraznila, že rostoucí složitost analytických úloh vyžaduje integrované řešení – kombinaci nových separačních režimů, automatizace přípravy vzorků, softwarové podpory a teoretického modelování.

Cíle a přehled programu

HTC-17 (Ghent, 18–20 May 2022) měl za cíl předat jak přehled špičkové instrumentace a aplikačních případů, tak metodologické pokroky v oblasti: multidimenzionální GC a LC (GC×GC, LC×LC), hyphenace k vysokorozlišovací MS (HRMS, TOF, QqQ), SFC-MS, CE-MS, chiralitě, separaci velkých makromolekul (proteiny, polymerní systémy), a v oblasti sample-prep (MIP/IIP, 3D‑printed sorbents, automatizované DBS). Program zahrnoval plenární přednášky, klíčové přednášky, tutoriály a dva krátké kurzy (separace mimo RPLC; CE-MS pro metabolomiku), posterové sekce a rozsáhlou průmyslovou výstavu.

Použitá metodika a přístupy

Hlavní metodické proudy prezentované na sympoziu:

• Multidimenzionální chromatografie: GC×GC-TOFMS, LC×LC (on-line comprehensive, heart-cutting), MCSGP pro kontinuální purifikaci.
• Různé režimy LC: HILIC, HIC, IEX, SEC, mixed-mode, porous graphitic carbon (PGC), TRLC (temperature-responsive LC).
• Stereo- a chiralitní separace: polysacharidové CSP, SFC pro chiralitu a rychlou separaci.
• Hyphenace k MS a dalším detektorům: ESI/HRMS, APCI, APPI, TIMS/ion-mobility, MALDI-IMS, TGA‑EGA hyphenace (TGA‑FTIR/MS/GC-MS).
• Rychlá a ultrarychlá GC: thermal-gradient GC, flow-field thermal-gradient GC, LPGC (vacuum‑outlet), TOF-MS pro vysokou propustnost a úplné spektrální informace.
• Kapilární elektroforéza s MS (CE‑MS) a nanoLC‑CZE-MS pro citlivou metabolomiku a analýzu makromolekul.
• Sample preparation a miniaturizace: imprinted polymery (MIP/IIP), SPME, TD (thermal desorption), automatizované DBS extrakce, 3D‑tisk sorbentů a cartridge.
• Data science a in‑silico nástroje: QSRR/QSAR pro predikci retencí, modelování retencí/kinetiky (termodynamické a proudové modely), graph neural networks pro lepší predikci retenčních časů a identifikaci, pokročilé zpracování dat GC×GC.

Použitá instrumentace

Reprezentativní přístrojové systémy a technologie představené na konferenci (výběr):

• GC-MS systémy: GC×GC‑TOFMS (LECO, SepSolve), rychlé GC a vacuum‑GC (HyperChrom, Restek), GC‑APCI hyphenace, GC‑FTIR.
• LC a UHPLC: kolony YMC, Restek; UHPLC‑HRMS (Agilent, Shimadzu, Thermo Fisher, SCIEX).
• SFC‑MS systémy a rozhraní s make‑up pumpami (Shimadzu, Waters/ACQUITY style přístroje), scCO2 extrakce (SFE) a SFC pro purifikaci.
• Mass spectrometry: Q‑TOF, Orbitrap HRMS, triple‑quad (QQQ) pro MRM, TIMS (trapped ion mobility) a high‑resolving TOF; MALDI‑IMS.
• Termální a elementární hyphenace: TGA‑EGA spojené s FT‑IR, MS a GC‑MS (PerkinElmer, Antec).
• Capillary Electrophoresis hyphenace a nanoflow interfacing (CE‑MS, nanoLC‑CZE‑MS).
• Automatizace a příprava vzorků: automatizované DBS autosamplery, TD‑inlet systémy, SPME/arrow SPME.

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčové poznatky a konsensus z programu:

• GC×GC‑TOFMS se potvrzuje jako výkonný nástroj pro volatilomiku a detailní profiling komplexních uhlovodíkových směsí (biofyziologie, aroma profiling, MOAH/MOSH analýzy). Vysoká peak‑capacity + dva retenční rozměry zlepšují identifikaci i kvantifikaci.
• HILIC se potvrdil jako komplementární metoda k RPLC pro polární/ionizované analyty; detailní porozumění retenčním mechanismům a řešení zvyklostí (equilibration, injekční rozpouštědlo) vede k lepší přenositelnosti a robustnosti.
• Pro analýzu velkých makromolekul je nezbytná kombinace separací (SEC, AF4, LC×LC) s nativním MS/TIMS pro zachování a charakterizaci proteoform a agregátů; nově ukázaná hyphenace IAC–AF4 nebo direkte SEC‑MS zvyšuje vypovídací hodnotu.
• SFC a scCO2‑based workflowy (extrakce i purifikace) jsou stále atraktivnější pro „zelené“ a rychlé separace, nicméně optimální make‑up složení pro SFC‑MS vyžaduje pečlivou optimalizaci.
• Ultra‑rychlá GC (thermal gradient, flow‑field thermal gradient, LPGC) nabízí zásadní zvýšení propustnosti; vyžaduje však upravené vstupní (inlet) strategie a robustní konektory (purged connectors) kvůli širšímu dynamickému rozsahu.
• Pokroky v přípravě vzorků: MIP/IIP, 3D‑printed sorbents a on‑line automatizované extrakční platformy (TD, SPME, automatizované DBS) významně zlepšují selektivitu a throughput, a to i pro nízké objemy biologických vzorků.
• Důraz na software a modelování: in‑silico metody (QSRR, LFER), grafová neuronová síť (GNN) pro přesnější predikci retenčních časů a integrace IMS dat zlepšují schopnost odfiltrovat falešné pozitivy a urychlit identifikaci.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické přínosy plynoucí z prezentovaných technik:

• Zvýšení analytické hloubky a selektivity v charakterizaci složitých směsí (biomarkery, MOAH/MOSH, aromata, pesticidy).
• Zvýšení throughputu ve výrobních a kontrolních laboratořích: ultra‑rychlá GC, automatizované LC‑MS a on‑line hyphenace redukují „time‑to‑result“.
• Možnost analýzy materiálově omezených vzorků (microdialysáty, microscale cell cultures, DBS) díky citlivým CE‑MS a nanoLC‑CZE‑MS přístupům.
• Zlepšení QC v biopharmaceutickém průmyslu: middle‑up HILIC‑HRMS, SEC‑MS a affinity CE‑MS dovolují proteoform‑resolved charakterizaci kritických vlastností (glykozylace, oxidace, agregace).
• Ekologičtější pracovní postupy: použití CO2 v SFE/SFC jako náhrada organických rozpouštědel, menší spotřeba rozpouštědel díky miniaturizaci a 3D tim‑tiskům.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího rozvoje:

• Hlubší integrace ion‑mobility (TIMS) s multidimenzionální chromatografií pro lepší rozlišení izomerů a proteoform.
• Intenzivnější aplikace umělé inteligence a GNN pro retenci‑/identifikační predikce a automatizované rozhodování při metodickém developmentu.
• Širší nasazení kontinuálních a multicolumn procesů (MCSGP) v purifikaci peptidů a biologik pro zvýšení výtěžku a produktivity.
• Online reakční modulace (photo‑, termální degradace) integrovaná s LC×LC‑IMS‑MS pro kinetics/ degradation studies a real‑time QC.
• Rozvoj standardizace v breathomics/volatilomics a validace metod pro klinické nasazení; důraz na robustnost, inter‑laboratorní srovnatelnost a kvalitu dat.
• Miniaturizace a 3D‑tisk jako nástroj rychlého prototypování sorbentů a cartridge pro specifické aplikace (bioanalýza, environmentální monitoring).

Závěr

HTC‑17 shrnuje aktuální dynamiku v oblasti hyphenovaných separačních technik: pokroky v instrumentaci a softwaru umožňují řešit stále komplexnější analytické úlohy napříč obory. Kombinace multidimenzionálních separací, moderních hyphenací k IMS/MS a vylepšených postupů přípravy vzorků vede k vyšší citlivosti, lepší identifikaci a rychlejší produkci výsledků. Důležitými překážkami zůstávají standardizace, robustnost (přenos metod mezi laboratořemi) a zpracování enormních objemů dat — oblasti, kde bude klíčová spolupráce mezi akademií, průmyslem a poskytovateli software/hardware.

Reference

• DiGiovanni, N.; et al. Untargeted Blood Metabolic Profiling by GC×GC‑HRTOF‑MS. J. Proteome Res. 2020, 19, 1013–1028.
• DiGiovanni, N.; et al. Specificity of metabolic colorectal cancer biomarkers in serum through effect size. Metabolomics 2020, 16, 88.
• Pesesse, R.; et al. Multimodal chemometric approach for analysis of human exhaled breath in lung cancer by TD‑GC×GC‑TOFMS. J. Chromatogr. B 2019, 1114–1115, 146–153.
• Schleich, F.N.; et al. Exhaled VOCs discriminate neutrophilic and eosinophilic asthma. Am. J. Respir. Crit. Care Med. 2019, 200, 444–453.
• Zanella, D.; et al. Breathomics to diagnose systemic sclerosis using TD‑GC×GC‑HRTOFMS. Anal. Bioanal. Chem. 2021, 413, 3813–3822.
• Gaida, M.; Franchina, F.A.; Stefanuto, P.H.; Focant, J.F. Modeling approaches for temperature‑programmed GC retention times under vacuum outlet conditions. J. Chromatogr. A 2021, 1651, 462300.