Automatic Optimization of Gradient Conditions by AI Algorithmand Seamless Method Transfer

Význam tématu

Metoda kapalinové chromatografie (LC) je klíčová pro analýzu malých molekul v oblasti farmacie, životního prostředí a potravinářství. Tradiční vývoj chromatografických metod vyžaduje opakované experimenty, odborné znalosti a značné časové investice. Integrace umělé inteligence (AI) pro automatickou optimalizaci gradientních podmínek a následný přenos metod mezi systémy usnadňuje rutinní práci v laboratoři, snižuje náklady a zvyšuje reprodukovatelnost výsledků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie je demonstrovat využití softwaru LabSolutions MD s AI algoritmem pro:

• automatickou optimalizaci gradientních podmínek kapalinové chromatografie při různých teplotách kolony,
• identifikaci optimální kombinace teploty a gradientu splňující kritéria rozlišení,
• seamless přenos optimalizované UHPLC metody na konvenční HPLC systém při zachování separačního vzoru.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza byla provedena na modelovém vzorku obsahujícím směs sedmi sloučenin: hydrokortison, furosemid, ketoprofen, naproxen, probenecid, diklofenak a indometacin.

• Systém: Nexera X3 (UHPLC), později Nexera lite (HPLC).
• Kolona: Shim-pack Scepter C18-120 (100×3,0 mm, 1,9 µm); pro transfer: 150×4,6 mm, 5 µm.
• Mobilní fáze: A – 0,1 % kyselina formiová ve vodě; B – acetonitril.
• Gradient B: 30 %→60 % (nastavitelný čas X), návrat na 30 % a reekvilibrace.
• Průtok: 0,7 mL/min (UHPLC), 1,0 mL/min (HPLC); detekce při 254 nm.
• Kriterium optimalizace: minimální rozlišení 1,5.
• Softwarový nástroj: LabSolutions MD s AI algoritmem iterující mezi „hledáním podmínek“ a „korektivní analýzou“.

Hlavní výsledky a diskuse

Automatická optimalizace gradientních podmínek byla aplikována postupně při 30 °C, 40 °C a 50 °C:

• Při 30 °C byly po prvotní analýze špatně rozlišeny píky 6 a 7; AI optimalizace zajistila výsledné rozlišení nad 1,5.
• Při 40 °C a 50 °C se ani po optimalizaci nepodařilo dosáhnout požadovaného rozlišení píků 3 a 4, což ukazuje, že teplota 30 °C je nejvhodnější.

Seamless přenos metody z UHPLC na konvenční HPLC pomocí LabSolutions MD potvrdil zachování separačního vzoru a dostatečné rozlišení i nejnáročnějších píků.

Přínosy a praktické využití metody

• Redukce času a práce spojené s tradičním vývojem metod LC.
• Minimalizace odborné intervence díky automatizaci kroků optimalizace.
• Snazší přenos metod mezi různými chromatografickými systémy a kolony.
• Zvýšení reprodukovatelnosti a snížení chyb při manuálním přepisu parametrů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření AI algoritmů na více chromatografických úloh (2D-LC, chiralita, metodika kvality podle QbD).
• Integrace automatizované přípravy vzorků a on-line monitoring procesů (PAT).
• Využití strojového učení pro predikci stability metod a robustnosti.
• Propojení s cloudovými platformami a vzdáleným řízením laboratoří.

Závěr

LabSolutions MD s AI optimalizací gradientních podmínek efektivně identifikuje optimální teplotu a gradient pro požadované rozlišení píků a umožňuje bezproblémový přenos metod mezi UHPLC a HPLC systémy. Tento přístup zkracuje dobu vývoje metod, zvyšuje konzistenci výsledků a snižuje závislost na manuálních expertních zásazích.

Reference

• Shimadzu Corporation. Technical Report C190-E309. LabSolutions MD: podpora vývoje metod kapalinové chromatografie.
• Shimadzu Corporation. Technical Report C190-E284. Efficient Method Development Based on Analytical Quality by Design with LabSolutions MD Software.