Achieving Solvent Reduction and Lower Running Costs with Nexera X4

Význam tématu

V oblasti kapalinové chromatografie roste tlak na udržitelnost a snižování provozních nákladů laboratorních provozů. Organická rozpouštědla tvoří významnou položku nákladů i objemu odpadu; jejich redukce proto přináší jak ekonomické, tak ekologické výhody. Snižování průměru kolon (downsizing) představuje přímou strategii úspory rozpouštědel, avšak vyžaduje instrumentaci s minimální extra‑kolonovou disperzí a velmi přesnými nízkovolumetrickými injekcemi, aby byla zachována chromatografická účinnost.

Cíle a přehled studie

Cílem předložené studie bylo demonstrovat možnosti výrazného snížení spotřeby rozpouštědel při analýze směsi malých farmaceutik použitím 1,0 mm interního průměru kolony a ultranízkodisperzního HPLC systému Nexera X4. Součástí bylo rovněž zrychlení a zjednodušení vývoje separačních metod prostřednictvím softwaru LabSolutions MD, který automaticky generuje kombinační plány parametrů (gradientní časy, teploty apod.) pro rychlé vyhodnocení podmínek.

Použitá metodika a instrumentace

Analytický model: směs osmi malých molekul (antipyrin, benzoová kyselina, salicylová kyselina, hydrokortison, furosemid, naproxen, probenecid, diklofenak).

Klíčové analytické podmínky (shrnutí):

• Kolona: Shim‑pack NovaCore C18‑HB, 50 mm × 1.0 mm I.D., 1.7 µm částice.
• Mobilní fáze: pumpa A – voda s 0.1 % kyselinou mravenčí; pumpa B – acetonitril.
• Gradient: 5 % B (start) → 70 % B (v čase X) → 5 % B (X až X+5 min); experimentálně testované gradientní doby X = 2, 3, 4 min.
• Průtok: 0.10 mL·min−1 (s konstantní lineární rychlostí mezi srovnávanými ID kolony).
• Teplota kolony: 30, 40, 50 °C (testováno).
• Mixer: mikro mixer; objem vzorkového smyčky 15 µL; injekční objem 0.3 µL.
• Detekce: UV 254 nm (SPD‑M40 X4, standardní kyveta).

Software a automatizace: LabSolutions MD byl použit pro automatické generování a spuštění devíti analytických plánů kombinujících tři gradientní časy a tři teploty. Softwarový pracovní tok umožnil rychlé a bezchybné prozkoumání prostoru parametrů (výběr středových hodnot, kroků a počtu kroků).

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace separace: z devíti automaticky generovaných kombinací byla jako optimální zvolena kombinace gradientu 3 min a teploty 50 °C – kompromis mezi rozlišením koeluujících analytů a krátkou dobou analýzy. Původní chromatogram (gradient 2 min, 40 °C) vykazoval koeluci sloučenin C a D; při optimalizaci došlo k vyřešení tohoto rozlišení.

Úspora rozpouštědel: při zachování lineární rychlosti proudění vede přechod z 3,0 mm na 1,0 mm ID kolonu k ~9násobné redukci spotřeby rozpouštědel; z 2,1 mm na 1,0 mm k ~4,5násobnému snížení. To znamená výrazné snížení provozních nákladů a objemu odpadního rozpouštědla.

Výkon systému Nexera X4: porovnání Nexera X4 s běžným (typickým) UHPLC systémem při použití 1‑mm kolony ukázalo, že Nexera X4 dosahuje výrazně ostřejších píků díky nízkodisperznímu návrhu a minimalizovanému vnitřnímu objemu. U systému s vyšší extra‑kolonovou disperzí jsou píků rozmazanější a chromatografická účinnost poklesne, což omezuje výhody downsizingu.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní praktické přínosy:

• Výrazné snížení spotřeby organických rozpouštědel a odpadu, čímž se snižují náklady a ekologický dopad.
• Zachování nebo zlepšení chromatografického rozlišení při použití malých interních průměrů díky nízkodisperznímu návrhu přístroje.
• Zrychlení vývoje metod a snížení chybovosti při vyhodnocování více parametrů díky automatizaci v LabSolutions MD.
• Možnost vyšší propustnosti laboratoře (nižší doba analýzy) nebo naopak vyšší citlivosti při stejném času analýzy díky ostřejším píkům.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané a perspektivní směry rozvoje:

• Dále směřování k mikro‑ a kapalinovým režimům s ještě nižší spotřebou rozpouštědel, včetně integrace s mikrofluidikou a nano‑LC pro specifické aplikace.
• Rozšíření použití nízkodisperzních systémů pro spojení s hmotnostní spektrometrií (microflow MS) – zlepšení citlivosti a snížení spotřeby elučního rozpouštědla pro LC‑MS analytiku.
• Prohlubování automatizace a využití strojového učení či AI pro prediktivní návrh gradientů, teplot a dalších parametrů, čímž se zkrátí doba vývoje metod.
• Standardizace a zavádění „zelených“ KPI v laboratořích (spotřeba rozpouštědel na analýzu, množství odpadu) jako součást QA/QC.

Závěr

Použití 1,0 mm ID kolony v kombinaci s nízkodisperzním systémem Nexera X4 efektivně naplňuje cíle downsizingu v HPLC: významná úspora rozpouštědel bez kompromisu chromatografické výkonnosti. Softwarové nástroje typu LabSolutions MD navíc umožňují rychlé a systematické vyhledání optimálních podmínek, čímž se zjednodušuje a urychluje vývoj metod. Celkově tato kombinace nabízí laboratorím konkrétní cestu ke zlevnění provozu a ke snížení environmentální stopy analytických postupů.

Reference

1. Shimadzu Corporation. Achieving Solvent Reduction and Lower Running Costs with Nexera X4. First Edition, June 2026. Technický článek (Application News) společnosti Shimadzu.