18th International Symposium on Hyphenated Techniques in Chromatography and Separation technology - Abstract Book

Význam tématu

Celosvětový rozvoj hyphenovaných analytických technik (hyphenation chromatografie s detekcí MS/IMS, GC×GC, LC×LC, SFC‑MS, TD‑GC‑HRMS apod.) umožňuje komplexní charakterizaci stále složitějších matric — od biotechnologických produktů přes životní prostředí po potraviny a paliva. Důraz konference byl kladen na tři hlavní potřeby praxe: zvýšení selektivity a citlivosti, škálovatelnost/automatizaci (high‑throughput) a udržitelnost (snižování spotřeby toxických organických rozpouštědel). Současně narůstá význam pokročilého zpracování dat (AI, strojové učení, bayesovské přístupy) pro extrakci smysluplné informace z masivních multi‑dimenzionálních datových sad.

Cíle a přehled studie / článku

• Přehled klíčových prezentací z 18. sympozia: nové chromatografické materiály (µPAC), teplotně řízená LC kompatibilní s refraktometrickou detekcí, zelené preparativní přístupy (náhrada ACN, MCSGP), SFC/SFE hyphenace, aplikace ion mobility (TIMS/IMS) pro emergentní kontaminanty a rozsáhlé nontarget screening (NTS), dále MSI a REIMS v perioperační diagnostice a aplikace AI/Computer Vision pro GC×GC‑MS analýzy.
• Prezentované cíle: demonstrovat nové metodické koncepty, porovnat instrumentální konfigurace a datové workflow, ukázat aplikace v biomedicíně, potravinářství, environmentální analytice a energetice.

Použitá metodika a instrumentace

• Separace: LC (RPLC, HILIC, IP‑RPLC), SFC/UHPSFC, GC×GC, LC×SFC, CE (CZE, MEKC, NACE), 2D‑LC (heart‑cut i comprehensive), microfluidic/µPAC a kolonové technologie s mikropilíři.
• Detekce: vysoké rozlišení MS (Orbitrap, FT‑ICR, QTOF), TIMS / cyclic IMS / trapped IMS, ICP‑HRMS/ICP‑MS, GC‑VUV, FID, NCD, REIMS, SIFT‑MS, TD‑GC‑HRMS, MALDI‑ISD, MSI (imaging), HR‑TOF, triple quadrupole pro kvantitativní MRM.
• Předúprava a sampling: SPE (vícefázové), SBSE, SPME, needle‑trap devices (NTD, FI‑NTD), online IMER (ideS/trypsin), automatizované robotické přípravy a decapping, termická desorpce, on‑line microreactor→MS rozhraní.
• Software a datové metody: AI/Computer Vision pro realignment a fingerprinting GC×GC; ANN a regresní modely pro optimalizaci SFC make‑up solventu; bayesovské přístupy pro automatizaci a robustní rozhodování; nástroje pro NTS (feature detection, Kendrick filtering, CCS využití, chemometrie, RF, PLS‑DA).

Hlavní výsledky a diskuse

• Teplotně‑řízená LC s „smart“ polymerními stacionárními fázemi umožňuje použití čisté vody jako mobilní fáze a kompatibilitu s refrakčním indexem (RID) pro standard‑nezávislou kvantifikaci polárních nevýrazných sloučenin; navíc přidání malého podílu zelených organických modifikátorů rozšiřuje rozsah analyzovatelných apolárních látek.
• Preparativní RPLC: náhrada acetonitrilu (ACN) alkoholickými či „zelenými“ rozpouštědly (DMC) a použití MCSGP multikolónových protokolů dramaticky snižuje spotřebu organických rozpouštědel při purifikaci peptidů (příklad: >80 % úspora pro icatibant).
• AI a Computer Vision významně zlepšují využití GC×GC‑MS dat (kompenzace shiftů, realignace obrazů chromatogramů, predikce aroma signatur — tzv. „AI‑smelling machine“), urychlují objev markerů v potravinářských volatilomech a v nutrimetabolomice.
• Ion mobility (TIMS, cIMS) a CCS jako podpůrný parametr v NTS: výrazně zlepšují očistu spekter od pozadí a rozlišení izobarických/isomerických kandidátů; SWIM‑TIMS pro vyšší rozlišovací výkon.
• SFC‑MS: systematické mapování vlivu make‑up solventu (25 variant) a ionizačního zdroje se 207 molekulovými deskriptory vedlo k modelům (ANN + multilineární regrese) predikujícím optimální make‑up pro dané analytické cíle — zefektivnění optimalizace a snížení spotřeby rozpouštědel.
• µPAC a mikro‑pilířové kolonky (gen‑2): snížení fluidního odporu a vyšší účinnost; nové tvary a zmenšení prvků budí potenciál pro další zvýšení výkonu v nano/mikro‑LC pro proteomiku.
• Needle‑trap technologie (NTD/FI‑NTD): umožňují vyčerpávající pasivní aktivní odběr VOCs a aerosol‑vázaných látek, robustní on‑site sampling, dobrá kalibrovatelnost a kompatibilita s automatickým GC analýzou.
• Datové výzvy a řešení: bayesovské modelování nabízí paradigmát pro automatizaci s interpretovatelnými pravděpodobnostmi; metody automatického ladění odšumění chromatogramů (k‑fold CV, reziduální varianci, ACF) zlepšují konzistenci předzpracování.
• Praktické aplikace: breathomics (TD‑GC×GC‑HRTOFMS) pro multicentrické studie (systémová skleróza/ILD) s vypracovanými SOPs a QC; wastewater‑based epidemiology (přes 2000 vzorků, direct‑injection LC‑MS/MS) pro sledování užívání drog a CECs; mRNA a oligonukleotidová analytika (IP‑RPLC, HILIC, bioinertní kolony, tlak/teplota jako selektivní parametry) pro charakterizaci CQAs a diastereomerů PS‑ONs.

Přínosy a praktické využití metody

• Průmyslová analytika: rychlejší a greener metody pro QC, komercializaci a validaci (SFC, MCSGP, automatizace, robotika); pokročilé NTS pomáhají v monitoringu průmyslových odpadních vod a v identifikaci anomálií.
• Farmacie a biotechnologie: integrované 2D on‑line platformy (ProtA → IMER → 2D‑LC → HRMS) pro komplexní monitoring mAb a mRNA produktů přímo z CCF; lepší purifikace peptidů s nižší environ. stopou.
• Potraviny a aroma: kombinace SPME/DHS/SBSE a GC×GC‑TOFMS či AI‑assisted fingerprinting umožňuje citlivou kontrolu vůně, identifikaci off‑flavors a vývoj alternativních proteinových produktů.
• Klinická aplikace: MSI a REIMS nabízejí rychlou intraoperační diagnostiku, single‑cell lipid/protein profiling a prognostické modely.
• Bezpečnost a forenzika: pyrolysis GC‑HR/AM Orbitrap a IM‑MS postupy pro identifikaci biologických/chemických stop v CBRN scenářích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Hlubší integrace AI/ML v celém workflow: od návrhu separace přes real‑time data cleaning až po interpretaci NTS výsledků a predikci vlastností (paliv, řad látek).
• Zelená analytika: širší implementace biodegradovatelných, nízkotoxických solventů (DMC, CyreneTM), méně rozpouštědelné preparativní režimy, recyklace rozpouštědel a instrumentální řešení s menší energetickou stopou.
• Vyšší dimenzionalita instrumentace: kombinace ultra‑HRMS, vysoké rozlišovací IMS (TIMS/cIMS) a rychlých 2D separací (LC×SFC, GC×GC s 2D temp. programováním) pro řešení isomerů a izobarů.
• Miniaturizace a automatizace: µPAC, microfluidics, IMERy a robotizované CRM workflow pro rychlou a stoprocentně sledovatelnou přípravu měřidel a standardů.
• Standardizace NTS a sdílení CCS/RT knihoven: nutnost konsenzu pro porovnatelnost mezi laboratořemi a regulacemi.

Závěr

Pole hyphenovaných technik je velmi živé a multidisciplinární. Kombinace nových separačních formátů, vysokého rozlišení detekcí, ion mobility a pokročilého datového zpracování vedla k výraznému posunu schopnosti analyzovat složité moderní vzorky. Klíčovými výzvami nadále zůstávají: efektivní a reprodukovatelné zpracování velkých dat, standardizace NTS přístupů, zvyšování udržitelnosti analytických postupů a přenos metod do rutinní praxe. Spolupráce mezi instrumentátory, chemiky, datovými vědci a uživateli (klinika, průmysl, regulace) bude zásadní pro další aplikace a akceptaci těchto technologií.

Reference

• M. Baert, K. Wicht, Z. Hou, R. Szucs, F. Du Prez, F. Lynen. Exploration of the Selectivity and Retention Behavior of Alternative Polyacrylamides in Temperature Responsive Liquid Chromatography. Anal. Chem. 2020, 92, 9815–9822.
• E. Bandini, K. Wicht, A. Ampe, M. Baert, H. Eghbali, F. Lynen. Hyphenating temperature gradient elution with refractive index detection through temperature‑responsive liquid chromatography. Anal. Chim. Acta 2022, 1231, 340441.
• A. Caratti, A. Fina, F. Trapani, C. Bicchi, E. Liberto, C. Cordero. Augmented visualization by computer vision and chromatographic fingerprinting on comprehensive two‑dimensional gas chromatographic patterns. J. Chromatogr. A 1699 (2023) 464010.
• B. H. Müller, G. Scholl, J. Far, E. De Pauw, G. Eppe. Sliding Windows in Ion Mobility (SWIM): a New Approach to Increase the Resolving Power in Trapped Ion Mobility‑MS. Anal. Chem. 2023, 95, 17586–17594.
• E. Schymanski, et al. Identifying small molecules via high resolution mass spectrometry: communicating confidence. Environ. Sci. Technol. 2014, 48, 2097–2098.
• J. Pawliszyn. Needle‑trap devices and microextraction techniques: reviews and applications. Anal. Chim. Acta 2010;677:3–18 and subsequent reviews on NTD (TrAC, Green Anal. Chem.).