Gradient Optimization in Liquid Chromatography

Оптимизация градиента в жидкостной хроматографии

Введение

При работе со сложными составами образцов одна хроматографическая система может испытывать трудности с достижением идеального разделения — либо требуя чрезмерного времени, либо давая низкое разрешение. В таких случаях градиентное элюирование может значительно сократить время анализа и повысить эффективность разделения.

В этой статье мы представляем тематическое исследование тонкой настройки градиента, чтобы продемонстрировать его замечательное влияние на хроматографические характеристики.

Соображения при разработке градиентного метода

  1. Консистентность прибора: Разрабатывайте метод на приборе, который будет доступен для долгосрочных испытаний.
  2. Осведомленность о производительности системы: Понимайте характеристики производительности прибора, чтобы предотвратить проблемы с воспроизводимостью после изменений системы.
  3. Ключевые параметры системы: Два основных системных параметра, которые следует учитывать, это объем задержки градиента и пропорциональная точность. Эти параметры могут быть определены с помощью одного конкретного эксперимента:
    • Используйте сверхчистую воду в качестве подвижной фазы A и 0,1% ацетона в воде в качестве фазы B;
    • Добавьте УФ-детектор после фазы B;
    • Настройте многоступенчатый градиент, где фаза B увеличивается от 0% до 100% с шагом 5%, каждый шаг длится примерно 5 минут, используя типичную скорость потока 1 мл/мин;
    • Запустите градиентную программу через T-образное соединение и запишите хроматограмму.
    • Разница между запрограммированным временем градиента и фактическим временем перехода градиента определяет время задержки градиента. Высота плато может быть использована для оценки точности состава подвижной фазы — незначительные изменения объема смешивания могут вызвать небольшое размытие.
  4. Разработка метода на основе характеристик системы: После установления производительности системы метод может быть соответствующим образом адаптирован. Самая большая проблема при переносе градиентного метода — это различия в объеме задержки градиента между приборами:
    • Если новый прибор имеет больший объем задержки, чем исходный, на котором был разработан метод, добавьте изократическую задержку в начале программы для компенсации.
    • Если новый прибор имеет меньший объем задержки, добавьте задержку градиента при переносе метода.
    • В редких случаях, когда пропорциональные неточности возникают в середине градиента, скорректируйте градиентную программу для устранения различий.
  5. Начальное уравновешивание подвижной фазы: Если колонка была неполностью уравновешена начальной подвижной фазой, быстрые градиентные переходы приведут к тому, что первая инъекция будет отличаться от последующих. Перенос методов между системами с разными объемами задержки градиента вызовет различные эффекты. 

Пример успешной корректировки градиента

Предыстория

  • Целевые соединения: 12 фенолов
  • Колонка: Welch Ultisil® AQ-C18 (4,6 мм × 150 мм, 5 мкм)
  • Подвижная фаза A: Вода
  • Подвижная фаза B: Ацетонитрил
  • Градиентная программа
    Время (мин) Фаза A (%) Фаза B (%)
    0 85 15
    7.5 55 45
    10 40 60
    15 40 60

Проблема

После активации колонки и ввода образца базовая линия и форма пиков были неудовлетворительными, с плохим разрешением.

Chromatogram showing poor baseline, peak, and resolution

Возможные причины

  1. Состояние колонки: Изменения в растворителе для хранения во время транспортировки или хранения могли вызвать небольшие модификации упаковочного материала — например, разрушение цепей C18, что повлияло на удержание аналита.
  2. Задержка градиента: Неточная смесь подвижных фаз во время градиентных переходов могла привести к плохому разделению.
  3. Влияние растворителя: Аналиты могли быть затронуты несоответствием силы растворителя.
  4. Чрезмерная крутизна градиента: Элюирующая способность подвижной фазы могла быть слишком высокой, что препятствовало адекватному разделению.

Рекомендуемые корректировки

  1. Измерить объем задержки градиента и пропорциональную точность.
  2. Уравновесить колонку за ночь при 0,2 мл/мин, используя начальную подвижную фазу.
  3. Растворить образцы в начальной подвижной фазе (использовать с осторожностью — требуется проверка стабильности).
  4. Изменить градиентную программу, уменьшив скорость элюирования и силу растворителя.
Время (мин) Фаза A (%) Фаза B (%)
0 85 15
7.5 60 40
9.5 20 80
14.5 20 80
15.5 85 15

Результаты после модификации градиента

Улучшились базовая линия и форма пиков. Однако последний пик элюировался за пределами градиентного окна.

Дальнейший анализ причин

Фаза воды слишком быстро увеличивалась во время градиентного перехода, что приводило к более сильному удерживанию поздно элюирующихся соединений. В результате последнее соединение не элюировалось эффективно.

Окончательные корректировки

Сохранить оптимизированный градиент для ранних пиков, а для финального пика изменить сегмент градиента, регулируя долю органической фазы для повышения элюирующей способности.

Время (мин) Фаза A (%) Фаза B (%)
0 85 15
7.5 60 40
9.5 20 80
14.5 20 80
15 60 40
15.5 85 15

Конечный результат

Оптимизированный метод успешно разрешил все пики в заданные временные рамки.

Chromatogram showing good result

Заключение

Этот случай подчеркивает, что успех хроматографии зависит не только от выбора колонки и приборной части, но и от разработки метода. Состав подвижной фазы играет решающую роль, а градиентное элюирование является важным инструментом в оптимизации разделения. Регулируя полярность растворителя посредством контролируемых градиентных переходов, каждый аналит может достичь соответствующего коэффициента удержания, обеспечивая оптимальное разделение в кратчайшие сроки.