Preparation, Characterization, and Application of New Superficially Porous Silica Particles for Fast HPLC Separation

Význam tématu

V rychle se vyvíjející oblasti farmaceutické a průmyslové separační analýzy je klíčová kombinace vysoké rozlišovací schopnosti a krátké doby analýzy. Superficially porous křemičité částice nové generace, vyvinuté pod názvem Poroshell 120 a Poroshell 300, nabízejí významné snížení difuzních délek a nižší provozní tlaky než konvenční sub-2 μm částice, což umožňuje rychlé separace na standardních HPLC systémech i na systémech s vyšším provozním tlakem.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na přípravu, charakterizaci a praktickou aplikaci 2,7 μm superficially porous částic Poroshell 120 pro separaci malých molekul a 5 μm částic Poroshell 300 pro makromolekuly. Cílem bylo porovnat chromatografickou účinnost, zpětný tlak, rozptyl velikosti částic, kapacitu zatížení a van Deemterovy křivky s typickými sub-2 μm a plně porézními částicemi.

Použitá instrumentace

• HPLC systémy Agilent se standardními provozními tlaky a systémy RRHT pro vysokotlaké aplikace
• Kolony: 4,6×50 mm (Poroshell 120 SB-C18), 2,1×75 mm (Poroshell 300 SB-C18)
• Detektor UV při 215 nm (proteiny) a 275 nm (malé kyseliny, analgetika)

Použitá metodika

Charakterizace zahrnovala měření distribuce velikosti částic, analýzu pórové struktury pomocí BJH metody a zjištění rozptylu pórových objemů. Chromatografické testy obsahovaly separaci malých kyselin, analgetik a peptidů při různých průtocích (1,0–3,0 mL/min) a teplotách až 70 °C. Zkoušeno bylo zatížení kolony benzoovou kyselinou a následná analýza šířek a účinnosti špiček.

Hlavní výsledky a diskuse

• Poroshell 120 vykázal účinnost srovnatelnou se sub-2 μm plně porézními částicemi, avšak při 40–60 % nižším zpětném tlaku.
• Distribuce velikosti částic byla úzká (90 / 10 poměr ≈1,11), což vedlo k menšímu A-členu van Deemterovy křivky.
• Mass transfer byl zrychlen díky tenké povrchové vrstvě, což zmenšilo C-člen a umožnilo velmi plochou van Deemterovu křivku.
• Zatížitelnost superficially porous kolony byla srovnatelná s plně porézními částicemi stejné velikosti, s minimálním rozšířením špiček při nárůstu analyzovaného množství.
• Poroshell 300 se osvědčil pro proteiny a peptidy, přičemž difúzní vzdálenost byla zkrácena desetkrát a doba difúze rovněž o řád.

Přínosy a praktické využití metody

Superficially porous částice Poroshell umožňují:

• rychlé analýzy malých molekul při vyšších průtocích až 3 mL/min za přijatelných tlaků,
• vysokou účinnost a rozlišení podobné sub-2 μm kolonám s menší zátěží HPLC systému,
• flexibilní přechod mezi standardními a vysokotlakými přístroji bez výměny kolony.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření superficially porous materiálů do dalších chemisfér (iontová, afinitní, chirální), široké nasazení v metabalomice, proteomice i biologické analytice. Dále se rozvíjí design částic s kontrolovanou pórovou strukturou pro ještě specifikovanější separace a vyšší životnost kolony.

Závěr

Nové 2,7 μm superficially porous částice Poroshell 120 a 5 μm částice Poroshell 300 představují vyvážené řešení mezi účinností a provozními náklady. Nabízejí vysoké rozlišení, nižší zpětné tlaky a univerzální využití ve standardních i vysokotlakých HPLC systémech.

Reference

• Chen W. et al. Preparation, Characterization, and Application of New Superficially Porous Silica Particles for Fast HPLC Separation. HPLC2009.
• Další publikace zabývající se teorií a experimenty superficially porous částicí v chromatografii.