THE EFFECTS OF SFC PREPARATIVE SCALE-UP ON THROUGHPUT, PURITY AND RECOVERY OF AN IMPURITY IN AN API MIXTURE

Význam tématu

Superkritická tekutinová chromatografie (SFC) v preparativním měřítku představuje efektivní způsob izolace stopových nečistot z farmaceutických směsí. Precizní měřítkové zvětšení z analytických podmínek umožňuje rychlou přípravu miligramových až gramových dávek čistých sloučenin. Optimalizace času a nákladů hraje klíčovou roli v laboratořích zaměřených na vývoj a kontrolu kvality API.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo adaptovat analytickou metodu SFC pro izolaci 0,1% nečistoty (4-nitrofenol) z modelové směsi API (paracetamol) a nečistot v preparativním měřítku. Studie se zaměřila na:

• Geometrické škálování analytického 4,6 mm × 100 mm stupňovacího sloupce na preparativní 19 mm a 30 mm sloupce.
• Vyhodnocení výtěžnosti, čistoty a průtoku pro obě velikosti.
• Analýzu nákladů a doby čištění pro definované množství 10 mg nečistoty.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika vycházela z analytického systému Waters ACQUITY UPC2 s isokratickou mobilní fází CO2 : methanol / acetonitril (80:20), průtok 3,5 mL/min, detekce PDA při 247 nm a 306 nm. Preparativní separace probíhala na Waters Prep SFC 150 Mgm za 35 °C se stejným poměrem mobilní fáze a průtokem 3,5 mL/min. Pro potvrzení čistoty byla použita ortogonální UPLC na systému Waters ACQUITY H-Class s C18 kolonou (2,1 × 150 mm, 1,7 µm), gradientem 20–80 % acetonitrilu a detekcí 247 nm/306 nm.

Použitá instrumentace:

• Analytická SFC: Waters ACQUITY UPC2 System
• Preparativní SFC: Waters Prep SFC 150 Mgm System
• Analytická UPLC: Waters ACQUITY H-Class UPLC System
• Kolony SFC: Waters Torus 2-PIC 4,6 × 100 mm a 19 × 100 mm, 5 µm
• Kolona UPLC: ACQUITY CORTECS C18 2,1 × 150 mm, 1,7 µm
• Detektory PDA / UV-Vis: 247 nm a 306 nm
• Software: ChromScope 2.0 a Empower 3

Hlavní výsledky a diskuse

Geometrické škálování na 19 mm sloupcích umožnilo průtok nárůstu 2,5× oproti analytickému formátu. Provozní tlak se zvýšil z průměrných 167 bar na analytickém systému na 129 bar v preparativním režimu. Při jedné cyklické injekci 0,5 mL bylo dosaženo průměrné výtěžnosti 92 % a čistoty 52 %. Druhá purifikační cyklus zvýšil čistotu 4-nitrofenolu na 99 % při výtěžnosti 89 %.

Porovnání 19 mm a 30 mm sloupců ukázalo, že u 30 mm sloupce lze dosáhnout 2,5× vyšší kapacity, což zkracuje dobu purifikace z 28 hodin na 11 hodin pro 10 mg cílové nečistoty. Náklady na mobilní fázi (CO2 a modifikátor) se u většího sloupce mírně zvýšily, avšak úspora času a zvýšení průtoku kompenzují tyto výdaje.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace SFC v preparativním režimu přináší:

• Efektivní izolaci stopových nečistot ve vysoké čistotě.
• Významné zkrácení doby purifikace díky geometrickému škálování.
• Snížení celkových nákladů na čistící cyklus při zachování vysoké výtěžnosti.
• Možnost rychlého nasazení ve vývojových i rutinních QA/QC laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Nadcházející směry v preparativní SFC zahrnují automatizaci vzorkování, pokročilé algoritmy pro optimalizaci mobilní fáze a implementaci multi-dimenzionálních separací. Dalším potenciálem je integrace s on-line detekcí vysokého rozlišení a využití zelených rozpouštědel k dalšímu snížení ekologické stopa.

Závěr

Studie potvrdila, že preparativní SFC s geometrickým škálováním analytických metod poskytuje spolehlivou cestu k izolaci nízkokoncentrovaných nečistot. Výběr většího sloupcového průměru dramaticky zvyšuje kapacitu a snižuje dobu purifikace, přičemž náklady na mobilní fázi zůstávají v přijatelných mezích. Metoda je vhodná pro farmaceutický průmysl, kde je rychlá a nákladově efektivní příprava čistých sloučenin zásadní.

Reference

• Runco J. Beginners Guide to Preparative Chromatography. Library of Congress 2017933625, Waters Corporation, 2017.