Supercritical Fluid Extraction/Chromatography - Applications Handbook

Význam tématu

Superkritická fluidní chromatografie (SFC) a superkritická fluidní extrakce (SFE) představují moderní, ekologické a vysoce efektivní přístupy k přípravě a analýze různorodých vzorků. Díky nízké viskozitě, vysoké difuzivitě a variabilitě polarity mobilní fáze umožňují tyto metody rychlé, citlivé a šetrné oddělení látek širokého spektra polarity. Kombinace SFE a SFC v online systému dále nabízí plnou automatizaci od extrakce až po separaci a detekci.

Cíle a přehled aplikací

Cílem prezentovaných studií je ukázat univerzálnost systému Shimadzu Nexera UC pro analýzu:

• chirálních farmaceutik (optimalizace parametrů, screening sloučenin, SFC-MS/MS),
• čisticí validace (analýza alkylbenzenesulfonátů),
• vitaminů a bioaktivních látek (offline i online SFE-SFC-PDA, SFE-SFC-MS/MS),
• reziduí pesticidů ve potravinách a v půdách (online/offline SFE-SFC-MS/MS, SFE-GC/MS),
• vysoce polárních pesticidů (SFC/MS s vodným modifikátorem),
• perfluorovaných sloučenin v textiliích (automated SFE-SFC-MS/MS screening),
• explozivních látek v půdách (automatizovaná SFE-SFC-UV/MS a HPLC/MS workflow).

Použitá instrumentace

Pro uvedené aplikace byly využity moduly Nexera UC:

• LC-30ADSF – pumpa pro dodávku CO₂ v superkritickém stavu,
• SFC-30A – vysokotlaký termostatický regulátor tlaku (BPR),
• SFE-30A – jednotka pro superkritickou extrakci s rack changerem (48 vzorků),
• SPD-20A(UV/PDA) – fotodiodový detektor,
• LCMS-8050/8040 – tandemový kvadrupólový hmotnostní spektrometr (ESI, MRM),
• Shim-pack UCX řada kolon (RP, SIL, DIOL, CN, Amide, NH₂, Phenyl),
• Daicel CHIRALPAK/CHIRALCEL chiral screening columns (12 typů).

Použitá metodika

Aplikace kombinují úpravu vzorku SFE (statická a dynamická extrakce superkritickou CO₂ s modifikátorem) s následnou separací SFC (gradientní či izokratické programy). Vybrané extrakty jsou soustředěny v trap-koloně, eluovány organickým rozpouštědlem a detekovány UV/PDA nebo MS/MS.

Hlavní výsledky a diskuse

• Automatizovaná optimalizace chirálních podmínek: screening 36 kombinací kolon a modifikátorů pro omeprazol, rozlišení enantiomerů do 8 minut, plně automatizované hodnocení.
• Online SFE-SFC-PDA validace čisticích procedur: univerzální workflow swab → extrakce → rozdělení na UCX-SIL kolonu → kvantifikace alkylbenzenesulfonátů.
• Offline SFE-SFC analýza vitaminu E: vysoká opakovatelnost (1.5 % RSD) a sytost (102–106 % recovery).
• SFC-MS/MS analýza chirálních farmakokinetik: detekce a kvantifikace omeprazolů a rabeprazolů v plasmě s LOQ v řádu μg/L.
• Online SFE-SFC-MS/MS analýza neuro­transmiterů: přímá injekce mozkomíšního moku, LIS matrices, citlivost LOQ 10 μg/L, linearita R²>0.998.
• Analýza nestabilních sloučenin (CoQ₁₀): bez oxidace v průběhu extrakce a separace, rozdíl oproti konvenční eluční metodě.
• Simultánní multivitamínová analýza: SFE-SFC separace 5 tukulextrahovatelných vitaminů, red. spotřeby rozpouštědel a času.
• Přestavba UHPLC na UHPLC/SFC switch: nízké náklady, flexibilita mezi RP a SFC analýzou.
• Online/offline SFE-SFC-MS rezidua pesticidů ve potravinách a půdách: až 48 automatizovaných vzorků, RSD<10 %, recoveries 70–120 %.
• SFC/MS vysoce polárních pesticidů pomocí vodných modifikátorů: LogP −3.5 …+1.9, LOQ 10–30 ppb, linearita R²>0.998.
• Automatizované online SFE-SFC-MS/MS screening PFC: r²>0.97 pro 23 PFC, LOQ 0.03–1 ng, recoveries 75–105 %.
• Online automatizovaná SFE-SFC-UV/MS analýza exploziv v půdách: rychlý screening 48 vzorků, linearita a reproducebera pro TNT, RDX aj.
• Zjednodušené offline SFE pro extrakci pesticidů z půd před GC/MS: 30 min/sampl, recoveries 70–94 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby extrakce a analýzy (až 5× rychlejší než HPLC).
• Automatizace a vysoký průtok vzorků (48 vzorků bez obsluhy).
• Nízká spotřeba organických rozpouštědel (úspora >80 %).
• Vysoká opakovatelnost a chronotopie (RSD<1 %RT, <10 %plocha).
• Možnost analýzy nestabilních, polárních i chirálních sloučenin v jedné platformě.
• Zelená chemie: odběr superkritického CO₂ bez toxických rozpouštědel.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další zdokonalování vysokotlakých detektorů a MS rozhraní pro zvýšení citlivosti.
• Vývoj nových stacionárních fází pro rozšíření polárního spektra a selektivity.
• Integrace s robotickými systémy a laboratorními informačními systémy pro úsporu času a komplexní data management.
• Využití v klinické analýze (dried blood spot, metabolomika), forenzní chemii a farmako­kinetice.
• Ekologická analýza reziduí pesticidů, perfluorovaných látek a toxických výfukových emisí.

Závěr

Platforma Nexera UC a přidružené SFE-SFC technologie výrazně rozšiřují možnosti moderní chromatografie. Umožňují provádět vysoce selektivní, rychlé a environmentálně šetrné pretreatmenty i separace v širokém spektru analytických úloh od farmaceutického výzkumu přes potravinářskou bezpečnost až po forenzní a přísně regulovanou environmentální analýzu.

Reference

1. Application News Shimadzu LAAN-A-LC-E271 až E296 (2015–2017)
2. QuPPe Method EURL-SRM Version 9.1 (2016)
3. Wellington Laboratories „PFC Quick Reference Guide“ (2015)
4. ASMS, Pittcon poster materiály Shimadzu (2016)