The Effects of SFC Preparative Scale-up on Throughput, Purity and Recovery of an Impurity in an API Mixture

Význam tématu

Preparativní superkritická fluidní chromatografie (SFC) umožňuje rychlou a selektivní separaci cílových sloučenin v izolovaných množstvích od miligramů po gramy. Přesné zvětšení analytických metod na preparativní úroveň je klíčové pro farmaceutické laboratoře, které potřebují čisté API a odpovídající impurity v krátkých termínech. Úspěch tohoto přístupu přímo ovlivňuje efektivitu výroby a náklady na suroviny a instrumentální provoz.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na:

• Popis postupu přenesení analytické UPC2 metody na preparativní SFC pro izolaci impurity (4-nitrofenol) z API směsi.
• Vyhodnocení vlivu průměru kolony (19 mm vs. 30 mm) na výtěžnost, čistotu a dobu analýzy.
• Analýzu nákladů a času v závislosti na velikosti kolony a geometrii škálování.

Použitá metodika a instrumentace

• Analytická SFC: Waters ACQUITY UPC2 system, Torus 2-PIC 4,6×100 mm, 5 µm, 3,5 mL/min CO₂ + 20 % co-solvent (MeOH/ACN) při ambientní teplotě, detekce PDA při 247 nm a 306 nm.
• Preparativní SFC: Waters Prep SFC 150 Mgm, Torus 2-PIC 19×100 mm a 30×100 mm, modifier-stream injekce, 137 bar CO₂ + 120 bar ABPR, 35 °C, objem injekce 500 µL, UV detekce 247 nm a 306 nm.
• Reverzní fáze UPLC pro ortogonální ověření: ACQUITY H-Class s CORTECS C18 2,1×150 mm, 0,5 mL/min, gradient 20 → 80 % ACN s 0,1 % HCOOH, 40 °C, 247 nm a 306 nm.
• Vzorek: API (acetaminofen) 60 mg/mL a impurity (4-nitrofenol + 4-chloroacetanilid) 0,06 mg/mL v methanolu.

Hlavní výsledky a diskuse

Po prvním cyklu izolace z 19 mm kolony dosáhla rekuperace 4-nitrofenolu v průměru 92 % (n=3) a čistota 52 %, přičemž carry-over API omezil čistotu. Druhým cyklem se čistota zvýšila na 99 % při rekuperaci 89 %. Geometrické škálování z 19 mm na 30 mm vedlo ke 2,5násobnému zvýšení kapacity a snížení času purifikace při obdobných nákladech na mobilní fázi. Porovnání nákladů a throughput ukázalo, že přechod na širší kolonou významně zkracuje dobu běhu bez zásadního navýšení spotřeby CO₂ a organických modifierů.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost izolace stopových impurit (0,1 %) s vysokou rekuperací a selektivitou.
• Rychlá metoda vhodná pro rutinní QA/QC i výzkumné farmaceutické laboratoře.
• Optimalizace nákladů a času volbou průměru kolony podle požadované kapacity a throughput.
• Druhé frakcionování umožňuje dosáhnout extrémně vysoké čistoty (> 99 %).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj automatizace SFC procesů, integrace inline detekčních technik a optimalizace softwaru pro prediktivní škálování. Rozšíření metod na různé typy API a impurit, stejně jako nasazení vícefázových izolací, přispěje k dalšímu zefektivnění preparativní chromatografie.

Závěr

Studie prokázala, že přímé škálování analytické UPC2 metody na preparativní SFC s použitím geometrických výpočtů je účinné a ekonomické. Volba větší průměru kolony výrazně zvyšuje throughput a snižuje dobu izolace, přičemž spotřeba mobilní fáze zůstává stabilní. Metoda nabízí vysokou rekuperaci i pro nízkoprocentní impurity a umožňuje dosažení čistoty až 99 %.

Reference

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