Shimadzu Nexera X4: Nová generace UHPLC posouvá hranice rychlosti, citlivosti a separační účinnosti

Ultrarychlé analýzy, mimořádně ostré chromatografické píky a výrazně nižší spotřeba rozpouštědel. Společnost Shimadzu představuje Nexera X4, novou generaci vysokovýkonné kapalinové chromatografie, která přináší inovativní technologie pro náročné analytické laboratoře.

Shimadzu: Nexera X4 UHPLC

Moderní analytické laboratoře čelí stále vyšším požadavkům na rychlost analýz, citlivost, reprodukovatelnost a provozní efektivitu. S rostoucím počtem vzorků a komplexností analytických metod již nestačí pouze zvyšovat tlak nebo používat kolony s menšími částicemi. Klíčovou roli hraje také konstrukce celého chromatografického systému.

Právě na tuto oblast se zaměřuje nová Shimadzu Nexera X4, která navazuje na úspěšnou řadu Nexera a přináší koncept XPLC – Extreme Performance Liquid Chromatography.

Nová platforma kombinuje minimalizaci mimokolonové disperze, rychlou a přesnou tvorbu gradientů, pokročilé technologie dávkování vzorků a automatizované funkce pro spolehlivý provoz.

Nexflow: Když o kvalitě separace rozhoduje celý chromatograf

Jednou z nejvýznamnějších inovací Nexera X4 je patentovaná technologie Nexflow, která minimalizuje rozšiřování chromatografických zón mimo separační kolonu (extra-column band broadening).

V UHPLC může být výkonnost moderních kolon významně omezena objemy kapilár, spojů, dávkovacího systému nebo detektoru. K rozšiřování píků dochází ještě před vstupem analytu do kolony a následně také mezi kolonou a detektorem.

Nexflow tento problém řeší optimalizací průtokové cesty, aniž by bylo nutné zmenšovat vnitřní průměr nebo délku kapilár. Systém tak zachovává provozní robustnost a současně omezuje riziko jejich ucpávání.

Nexera X4 dosahuje hodnoty ECBB (5σ) pouhých 7 µl, což umožňuje efektivněji využívat separační schopnosti moderních UHPLC kolon.

Výsledkem jsou užší píky, vyšší intenzita signálu a lepší rozlišení blízce eluujících analytů. Tyto vlastnosti jsou zásadní zejména při analýze stopových nečistot, komplexních směsí a při práci s krátkými nebo úzkoprůměrovými kolonami.

Ultrarychlé gradienty bez kompromisů v reprodukovatelnosti

Nexera X4 využívá novou binární vysokotlakou pumpu LC-40B X4 se čtyřmi nezávisle řízenými písty a mechanismem zpětné vazby tlaku. Tato konstrukce umožňuje velmi rychlou odezvu při změnách gradientu, minimalizaci tlakových pulzací a stabilní dodávku mobilní fáze i za náročných podmínek.

Maximální provozní tlak systému dosahuje 130 MPa (1300 bar).

Nízký vnitřní objem chromatografického systému navíc zkracuje dobu potřebnou pro reekvilibraci kolony po gradientní analýze. To je zvláště důležité při vysokokapacitním screeningu, kde může každá ušetřená minuta významně ovlivnit celkovou produktivitu laboratoře.

Významnou součástí nové platformy je rovněž autosampler SIL-40C X4 s nízkodisperzní konstrukcí a účinným promýváním, který přispívá k přesnému dávkování a minimalizaci přenosu analytů mezi jednotlivými vzorky.

Aplikace 1: Vyšší citlivost a lepší rozlišení farmaceutických nečistot

Praktický přínos technologie Nexflow dokumentuje aplikační studie Achieving Sharp Peaks and High Sensitivity with Nexera X4, zaměřená na analýzu hydrokortisonu a souvisejících nečistot.

Při použití kolony Shim-pack Scepter C18-120 (50 × 2,1 mm; 1,9 µm) a UV detekce při 254 nm byla porovnávána separační účinnost Nexera X4 s typickým UHPLC systémem.

Hlavní výsledky:

• Přibližně 1,5× vyšší výška chromatografických píků.
• Lepší rozlišení blízce eluujících nečistot.
• Nižší rozšiřování píků způsobené mimokolonovou disperzí.
• Efektivnější využití separační účinnosti krátké UHPLC kolony.

Shimadzu: Obr. 3 Srovnání chromatogramů při analýze nečistot (1) Nexera X4, (2) typický systém UHPLC (u typického systému UHPLC byla použita kompenzace základní linie pomocí dat z blanku)

Pro farmaceutické laboratoře to znamená možnost citlivějšího stanovení nečistot a lepšího rozlišení kritických párů analytů bez nutnosti zásadně měnit chromatografickou metodu.

Aplikace 2: Devět farmaceutických látek během tří minut

Další studie Maximizing Operational Productivity through Ultra-Fast Analysis with Nexera X4 demonstruje schopnost přístroje pracovat s mimořádně krátkými gradientními cykly.

Modelová analýza zahrnovala devět farmaceuticky významných sloučenin, mezi nimi například antipyrin, hydrokortison, furosemid, naproxen a diklofenak.

S použitím kolony Shim-pack Scepter C18-120 (50 × 2,1 mm; 1,9 µm) bylo dosaženo celkového analytického cyklu pouhé 3 minuty, včetně návratu gradientu a reekvilibrace.

Při šesti opakovaných analýzách byla dosažena:

• Reprodukovatelnost retenčních časů 0,01–0,07 % RSD.
• Reprodukovatelnost ploch píků přibližně 0,30–0,40 % RSD pro většinu sledovaných analytů.
• Velmi dobrá stabilita chromatografického signálu.

Shimadzu: Obr. 3 Chromatogramy z opakovaných analýz (n = 6). Překryté (nahoře), s posunutou základnou (dole)

Výsledky ukazují, že rychlé gradienty nemusí znamenat ztrátu reprodukovatelnosti. Nexera X4 tak představuje zajímavé řešení pro farmaceutické QC laboratoře, rutinní screening a další pracoviště zpracovávající vysoký počet vzorků.

Aplikace 3: Nexera X4 a LCMS-8060RX – sedm analytů za 36 sekund

Významnou oblastí využití Nexera X4 je spojení s hmotnostní spektrometrií.
Nízká disperze a rychlá odezva gradientového systému jsou zvláště důležité u moderních hmotnostních spektrometrů typu trojitý kvadrupól, které umožňují rychlý sběr dat při velmi úzkých chromatografických zónách.

Aplikační studie High-Throughput Analysis Enabled by Ultra-Fast Gradient with Nexera X4 × LCMS-8060 Series demonstruje kombinaci Nexera X4 s hmotnostním spektrometrem Shimadzu LCMS-8060RX.

Při analýze sedmi látek souvisejících s metabolismem léčiv prostřednictvím enzymů CYP byl použit rychlý gradient s celkovou dobou běhu 0,6 minuty, tedy 36 sekund.

I při takto krátké separaci bylo dosaženo:

• Reprodukovatelnosti retenčních časů přibližně 0,2 % RSD.
• Reprodukovatelnosti ploch píků do přibližně 5 % RSD.
• Spolehlivého přepínání mezi pozitivním a negativním ionizačním režimem díky technologii UFswitching s dobou přepnutí 5 ms.

Shimadzu: Obrázek 6: Srovnání měření s využitím vysokorychlostního přepínání mezi kladnými a zápornými ionty (5 ms) a samostatných režimů pro kladné a záporné ionty

Speciální kapiláry Nexflow Tubing for MS navíc omezují rozšiřování chromatografických píků mezi výstupem kolony a iontovým zdrojem hmotnostního spektrometru.

Tato kombinace je atraktivní především pro vysokokapacitní LC-MS/MS analýzy, farmakokinetické studie, vývoj léčiv a screening velkých souborů vzorků.

Aplikace 4: Až o 89 % nižší spotřeba mobilní fáze

Vedle rychlosti a citlivosti je důležitým tématem současné chromatografie také udržitelnost a snižování provozních nákladů.

Nexera X4 je navržena pro analytickou miniaturizaci a podporuje přesné dávkování velmi malých objemů vzorků i stabilní provoz při nízkých průtocích.

Aplikační studie Achieving Solvent Reduction and Lower Running Costs with Nexera X4 ukazuje možnosti využití kolony Shim-pack NovaCore C18-HB s vnitřním průměrem 1,0 mm.

Při porovnání kolon s vnitřním průměrem 3,0 mm, 2,1 mm a 1,0 mm a zachování srovnatelné lineární rychlosti mobilní fáze klesla relativní spotřeba rozpouštědel na:

Vnitřní průměr kolony / Relativní spotřeba

• 3,0 mm: 100 %
• 2,1 mm: 49 %
• 1,0 mm: 11 %

Přechod z kolony o průměru 3,0 mm na 1,0 mm tak v modelové aplikaci přinesl přibližně 89% snížení spotřeby mobilní fáze, při zachování použitelné chromatografické separace.

Shimadzu: Obr. 4 Srovnání chromatogramů získaných pomocí kolony o vnitřním průměru 1 mm. (1) Nexera X4, (2) typický systém UHPLC

V praxi to znamená nižší spotřebu acetonitrilu a dalších organických rozpouštědel, snížení nákladů na likvidaci odpadních mobilních fází i menší environmentální zátěž laboratoře.

Nová generace PDA detekce a jednodušší každodenní provoz

Součástí systému Nexera X4 může být nový PDA detektor SPD-M40 X4 s optimalizovanou kapilární průtokovou celou.

Jeho konstrukce minimalizuje disperzi, omezuje vliv změn indexu lomu mobilní fáze a poskytuje stabilní základní linii i při rychlých gradientních analýzách.

Praktickou inovací jsou také spojky Nexlock II umožňující připojení chromatografických kolon bez použití nářadí. Čelní těsnění pomáhá minimalizovat mrtvé objemy a zachovávat vysokou separační účinnost i při práci za vysokých tlaků.

Nexera X4 dále využívá koncept Analytical Intelligence, který zahrnuje automatizované kontroly stavu systému, diagnostické funkce a průběžný monitoring provozních parametrů.

Tyto technologie pomáhají předcházet problémům během analytických sekvencí, snižovat riziko opakovaných měření a zvyšovat spolehlivost rutinního provozu.

Nexera X4: Výkon, který dává smysl v každodenní analytice

Nová Shimadzu Nexera X4 ukazuje, že budoucnost UHPLC není pouze v dosahování stále vyšších pracovních tlaků nebo kratších analytických časů.

Skutečná výkonnost chromatografického systému vychází z optimalizace všech jeho součástí – od přesného dávkování mobilní fáze a vzorku přes minimalizaci mimokolonové disperze až po detekci a automatizaci provozu.

Kombinace technologie Nexflow, ultrarychlých gradientů, nízkodisperzní PDA detekce a optimalizovaného spojení s LC-MS/MS přináší laboratořím nové možnosti při vývoji metod, analýze nečistot, vysokokapacitním screeningu i rutinní kontrole kvality.

Nexera X4 tak představuje moderní UHPLC platformu pro laboratoře, které chtějí dosahovat vyšší analytické výkonnosti, rychlejších výsledků a nižších provozních nákladů – bez kompromisů v kvalitě chromatografické separace.

Více informací o konfiguraci Nexera X4 a jejích aplikačních možnostech poskytne společnost Shimadzu Česká republika.

• Mgr. Ondřej Hillmich (Business specialist)
• [email protected]