Operating Parameter Effects on the Separation of Carotenoids and Coenzyme Q10 by UltraPerformance Convergence Chromatography (UPC2)

Význam tématu

Carotenoidy a koenzym Q10 patří mezi klíčové bioaktivní sloučeniny s významnými antioxidačními účinky a širokým uplatněním v potravinářském, kosmetickém i farmaceutickém průmyslu. Rychlá a přesná analýza těchto nepolárních sloučenin je nezbytná pro kontrolu kvality, výzkum a vývoj nových produktů. UltraPerformance Convergence Chromatografie (UPC2) využívající superkritické CO₂ umožňuje vysokou účinnost, krátké doby analýzy a výrazné snížení spotřeby organických rozpouštědel.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na vývoj a optimalizaci izokratické metody UPC2 pro současné oddělení lycopenu, beta-karotenu, luteinu a koenzymu Q10. Hlavními cíli bylo vybrat vhodnou stacionární fázi, stanovit rozsah koncentrace organického modifikátoru a pomocí multivariačního návrhu experimentu (DOE) nalézt optimální pracovní podmínky (teplota, tlak, obsah ethanolu) pro maximální rozlišení kritických párů analytů.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda byla vyvinuta na systému ACQUITY UPC2 vybaveném fotodiodovým polem (PDA) detektorem:

• Kolona: ACQUITY UPC2 HSS C18 SB, 3,0 × 150 mm, 1,8 μm
• Mobilní fáze: CO₂ (medicínská kvalita) jako hlavní složka a ethanol jako modifikátor (15–24 % v/v)
• Teplota kolony: 25–50 °C (optimalizováno na 40 °C)
• Barometrický tlak: 1500–2200 psi (optimalizováno na 1500 psi)
• Průtok: 1,5 mL/min; objem injekce: 1 μL; detekce při 275 nm
• Návrh experimentu: multivariační DOE pro hodnocení vlivu ethanolu, tlaku a teploty a jejich interakcí na retenční a selektivní faktory

Hlavní výsledky a diskuse

Výběr stacionární fáze HSS C18 SB potvrdil vhodné hydrofobní interakce s nepolárními analyty. Retenční faktory v rozmezí 2–10 byly dosaženy při 15–24 % ethanolu. DOE ukázal, že nejvýznamnějšími faktory ovlivňujícími retenci jsou koncentrace ethanolu (negativní vliv) a tlak superkritické fáze, zatímco teplota má menší, avšak nezanedbatelný dopad. Kritický pár beta-karoten/koenzym Q10 vyžadoval nízký podíl ethanolu a nižší tlak pro dosažení baseline rozlišení. Optimální podmínky 15,5 % ethanolu, 40 °C a 1500 psi umožnily separaci všech čtyř analyzovaných látek za méně než 6 minut.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda UPC2 nabízí:

• Výraznou úsporu organických rozpouštědel díky využití CO₂ jako hlavní složky mobilní fáze
• Rychlé doby analýzy (méně než 6 minut) s vysokou opakovatelností a reprodukovatelností
• Schopnost analyzovat teplotně citlivé sloučeniny bez degradace
• Snadnou škálovatelnost a možnost implementace v rutinním QA/QC prostředí

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj metody může směřovat k:

• Implementaci gradientního elučního režimu pro zkrácení doby analýzy při zachování rozlišení
• Rozšíření oblasti aplikace na další nepolární bioaktivní sloučeniny a chirální separace
• Integraci s hmotnostní spektrometrií (UPC2-MS) pro zvýšení selektivity a citlivosti
• Další optimalizaci pomocí pokročilých multivariačních návrhů a strojového učení
• Zaměření na zelenou analytiku s ještě nižší spotřebou rozpouštědel a energetickou efektivitou

Závěr

UltraPerformance Convergence Chromatografie se ukázala jako efektivní technika pro rychlou a spolehlivou separaci nepolárních pigmentů a koenzymu Q10. Optimalizací provozních parametrů pomocí DOE bylo dosaženo vynikající selektivity a krátké doby analýzy s minimální spotřebou organických modifikátorů. Metoda je vhodná pro rutinní analýzu i výzkumné aplikace v oblasti analytické chemie.

Reference

1. K. T. Amorim-Carilho, A. Cepeda, C. Fente, P. Regal, Trac-Trends Anal. Chem. 2014, 56, 49.
2. S. M. Rivera, P. Christou, R. Canela-Garayoa, Mass Spectrom. Rev. 2014, 33, 353.
3. A. L. Ahmad, C. Y. Chan, S. R. AbdShukor, M. D. Mashitah, Sep. Purif. Technol. 2010, 73, 279.
4. S. Xia, S. Xu, X. Zhang, J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 6358.
5. M. H. Ng, Y. M. Choo, Am. J. Anal. Chem. 2015, 6, 645.
6. A. Tarafder, G. Guiochon, Chromatogr. A 2011, 1218, 4569.
7. K. Kaczmarski, D. P. Poe, A. Tarafder, G. Guiochon, J. Chromatogr. A 2012, 1250, 115.
8. L. Laboureur, M. Ollero, D. Touboul, Int. J. Mol. Sci. 2015, 16, 13868.
9. J. L. Bernal, M. T. Martín, L. Toribio, J. Chromatogr. A 2013, 1313, 24.
10. M. Saito, J. Biosci. Bioeng. 2015, 115, 590.
11. E. Lesellier, C. West, J. Chromatogr. A 2015, 1382, 2.
12. Waters. Appl. Note APNT134780850: 2014.
13. D. Asberg, M. Enmark, J. Samuelsson, T. Fornstedt, J. Chromatogr. A 2014, 1374, 254.
14. L. Nováková, A. G. G. Perrenoud, I. François, C. West, E. Lesellier, Anal. Chim. Acta 2014, 824, 18.
15. Waters. Appl. Note APNT134719455: 2013.
16. L. S. Guedes et al., Can. J. Chem. Eng. 2017.
17. X. Lou, H. G. Janssen, C. A. Cramers, J. Chromatogr. A 1997, 785, 57.
18. A. Tarafder, G. Guiochon, J. Chromatogr. A 2011, 1218, 4576.