eng
Выпуск #1/2012
Д.Фармаковский
Новейшие сверхбыстрые жидкостные хроматографы и масс-спектрометры компании Shimadzu
Новейшие сверхбыстрые жидкостные хроматографы и масс-спектрометры компании Shimadzu
Просмотры: 3261
Высокоэффективная жидкостная хроматография и хромато-масс-спектрометрия (ВЭЖХ/ВЭЖХ-МС) — одни из наиболее востребованных методов инструментального анализа. Shimadzu Сorp., ведущий производитель оборудования для ВЭЖХ, постоянно совершенствует свою продукцию для того, чтобы наиболее полно соответствовать требованиям пользователей. Недавно компания представила новую универсальную модульную систему для сверхбыстрой жидкостной хроматографии сверхвысокого разрешения Nexera. Об ее уникальных особенностях и возможностях – предлагаемая статья.
Жидкостные хроматографы компании Shimadzu Сorporation, особенно модульной серии LC-20 Prominence, уже завоевали большую популярность во всем мире среди химиков-аналитиков. В приборах линейки Prominence впервые были реализованы такие современные техники хроматографического анализа, как режим быстрой хроматографии с использованием коротких хроматографических колонок с мелкозернистым сорбентом, хроматография высокого давления, двумерная хроматография, автоматизированная online-пробоподготовка, нано-хроматография на капиллярных колонках и ряд других.
Следующим шагом на пути увеличения производительности и эффективности хроматографических методов анализа стала новейшая разработка компании Shimadzu – универсальная модульная система для сверхбыстрой жидкостной хроматографии сверхвысокого разрешения LC-30 (рис.1). Система, получившая название Nexera (от Next Era), была впервые продемонстрирована во время работы научной конференции и выставки аналитического оборудования PITTCON-2010 в Орландо (США). LC-30 – первая универсальная система, в которой можно реализовать любые режимы аналитической хроматографии без какой-либо модификации компонентов системы и линий подачи подвижной фазы.
Внешне LC-30 Nexera практически неотличима от модулей серии Prominence, однако внутри скрывается абсолютно новая конструкция. Технологии, использовавшиеся в серии Prominence, были коренным образом переработаны. В результате получена надежная и функциональная система с отличными показателями скорости анализа и хроматографического разрешения. Для этого специалисты Shimadzu использовали не только свой богатейший опыт, накопленный при разработке ВЭЖХ-систем, но и заимствовали решения из других областей деятельности компании, таких как производство компонентов для самолетостроения и тяжелой индустрии.
Новый насос LC-30AD обеспечивает поток подвижной фазы в диапазоне от 0,0001 до 3 мл/мин при давлении на входе в колонку 130 МПа и в диапазоне от 3 до 5 мл/мин при давлении 80 МПа. Это позволяет использовать для сверхбыстрой хроматографии наряду с короткими колонками (как это было реализовано в приборах серии LC-20) длинные колонки (например, длиной 250 мм) для максимально эффективного разделения пиков. Сохранив в конструкции насоса проверенный в течение более чем 20 лет принцип параллельного двухплунжерного механизма, конструкторы Shimadzu использовали в насосе LC-30AD новый материал плунжера и новую конструкцию уплотнений. В результате срок эксплуатации уплотнений и плунжера при сверхвысоких давлениях подвижной фазы достиг уровня, который до сегодняшнего дня был характерен только для традиционных ВЭЖХ-систем, работающих при давлении не выше 40 МПа. Так, например, при потоке воды со скоростью 3,5 мл/мин при давлении 100 МПа после прокачки 170 л насос не требовал замены уплотнений. При помощи насосов LC-30AD можно реализовать хроматографическое разделение в изократическом или градиентном режиме с использованием до четырех различных подвижных фаз. При этом в программном обеспечении предусмотрена функция компенсации сжимаемости подвижной фазы. Высокая точность и скорость градиентного элюирования достигается за счет новой запатентованной технологии многократного смешивания/разделения компонентов подвижной фазы в новом градиентном смесителе объемом 20 мкл.
Еще один компонент, обеспечивающий высочайшую производительность системы LC-30 Nexera, – автодозатор SIL-30A. Время анализа сокращается, поскольку инжекция 5 мкл образца длится 10 с. Новая конструкция клапанов, предназначенных для работы при давлении подвижной фазы до 130 МПа, обеспечивает абсолютную надежность автодозатора и высокий срок бесперебойной эксплуатации, характерный для традиционной ВЭЖХ. Благодаря новой конструкции иглы для ввода образцов, величина переноса остаточного загрязнения рекордно низка (<0,0015%) и может быть еще уменьшена за счет использования трех независимых линий для промывки внешней поверхности иглы и ее внутреннего объема. Помимо проверенного метода прямой инжекции образца, обеспечивающего максимальную воспроизводимость анализа, опционально автодозатор может вводить образец при помощи петли. Петлевой ввод образца сокращает мертвый объем хроматографической системы, что особенно важно при быстром градиентном элюировании.
В стандартную комплектацию автодозатора входят система пробоподготовки и охлаждение образцов. В стандартную поставку также включаются штатив для 105 флаконов емкостью 1,5 мл и штатив для 10 стандартов. Чтобы существенно увеличить число образцов, анализируемых в автоматическом режиме, к автоинжектору можно дополнительно подключать устройство для автоматической смены планшетов/штативов (Rack Changer II), которое вмещает до 12 микротитрационных планшетов (96- или 384-луночных) или 12 штативов для 54 флаконов объемом 1,5 мл (рис. 2).
В отличие от воздушно-циркуляционных термостатов для колонок серии Prominence, которые также могут работать в составе системы Nexera, новый термостат CTO-30A позволяет проводить хроматографический анализ при температурах до 150°С. Термостат оснащен подогревателем для подвижной фазы и двумя слотами для установки клапанов переключения потоков подвижной фазы. Система дифференциальных нагревателя и датчика температуры – «тепловые весы» – позволяет эффективно бороться с температурным градиентом подвижной фазы в хроматографической колонке при работе со сверхвысокими давлениями. Благодаря возможности поддерживать высокую температуру, термостат также можно использовать в качестве постколоночного реактора, что существенно расширяет область применения системы. Еще одно немаловажное преимущество термостата CTO-30A – экономия дорогостоящих органических растворителей за счет замены водно-органической подвижной фазы на водную при увеличении температуры. Так, например, при переходе от подвижной фазы метанол/вода (30% метанола) при температуре 40°С к чистой воде при температуре 150°С эффективность хроматографического разделения на колонке С18 длиной 150 мм практически не изменяется.
Система LC-30 Nexera может комплектоваться всем спектром хроматографических детекторов, успешно использующихся в составе серии Prominence. В режиме сверхбыстрой хроматографии частота сбора данных для всех детекторов – 100 Гц. Однако наиболее полно свои возможности модульная система LС-30 демонстрирует в сочетании с новейшими сверхбыстрыми масс-спектрометрическими детекторами Shimadzu – одинарным квадрупольным LCMS-2020 и тройным квадрупольным LCMS-8030.
Квадрупольные масс-анализаторы отлично зарекомендовали себя как наиболее универсальные и чувствительные хроматографические детекторы в системах традиционной ВЭЖХ, однако до недавнего времени их применение в системах быстрой и сверхбыстрой хроматографии было ограничено вследствие недостаточного быстродействия. Попытки же увеличить скорость работы квадрупольных масс-детекторов приводили к закономерному падению их чувствительности. Решением проблемы стал разработанный и запатентованный корпорацией Shimadzu комплекс технологий под общим названием UF (UltraFast), UFscanning, UFswitching и UFsensitivity. Представленный в 2009 году одинарный квадрупольный масс-спектрометр LCMS-2020 (рис.3), в конструкции которого впервые были реализованы эти технологии, и сегодня остается абсолютным рекордсменом среди одинарных квадрупольных масс-спектрометров по таким показателям, как скорость сканирования, время переключения полярности и чувствительность.
За счет технологии UFsensitivity и благодаря новейшей системе ионной оптики Qarray достигаются великолепная воспроизводимость результатов, широкий линейный диапазон и непревзойденная на сегодняшний день для квадрупольных систем чувствительность. Технология UFscanning обеспечивает корреляцию между напряжением, приложенным к стержням квадруполя, скоростью сканирования и величиной m/z определяемых ионов, что гарантирует высочайшую скорость сканирования (до 15000 а.е.м./с!) во всем диапазоне масс. Технология UFswitching обеспечивает сверхбыстрое (15 мс) переключение режимов положительной и отрицательной ионизации. Это позволяет практически одновременно регистрировать положительные и отрицательные ионы, что кардинальным образом увеличивает производительность анализа.
Дальнейшим развитием технологии сверхбыстрой квадрупольной масс-спектрометрии стало создание в 2010 году тройного квадрупольного масс-детектора LCMS-8030 (рис.4). В дополнение к уже испытанным УФ-технологиям, специалисты Shimadzu использовали в конструкции ячейки столкновения этого прибора еще одну революционную технологию – UFsweeper. Ячейки столкновения традиционной конструкции всегда являлись узким местом в тандемной масс-спектрометрии вследствие потери ионами скорости при столкновении с молекулами газа-реагента и наличия взаимных помех при регистрации нескольких MRM-переходов (cross-talk). Ячейка столкновения LCMS-8030 практически лишена этих недостатков. Технология UFsweeper подразумевает формирование псевдопотенциальных поверхностей специальной формы (рис.5), что эффективно ускоряет ионы в ячейке столкновения. Тем самым достигается высочайшая эффективность столкновительной диссоциации (CID) и сверхбыстрый транспорт ионов без потерь во второй квадруполь, что существенно снижает потери чувствительности и взаимные помехи.
Сочетание сверхбыстрых квадрупольных масс-анализаторов и технологии UFsweeper позволило добиться высокой производительности тандемного масс-спектрометрического анализа: максимальная скорость работы LCMS-8030 в режиме регистрации MRM-переходов составляет 500 MRM-переходов в секунду. При этом пауза между регистрациями – всего 1 мс. В сочетании со сверхбыстрым переключением полярности это гарантирует надежное и точное детектирование хроматографических пиков шириной менее 1 с. Для хорошей воспроизводимости результатов в программном обеспечении масс-спектрометра предусмотрен режим синхронизации регистрации MRM-переходов со временем выхода хроматографического пика. Более того, технология синхронизированного сканирования со скоростью 15000 а.е.м./с позволяет одновременно с регистрацией MRM-переходов получать полные масс-спектры продуктов фрагментации, что существенно увеличивает точность и информативность анализа.
Обе модели жидкостных масс-спектрометров Shimadzu могут комплектоваться традиционной системой ионизации электроспреем (ESI) или источником химической ионизации при атмосферном давлении (APCI). Уникальная особенность масс-спектрометров Shimadzu – возможность использования универсального сдвоенного источника ионизации (DUIS), который способен одновременно ионизировать пробы в режиме электроспрея и при помощи химической ионизации. Тогда в ходе одного измерения можно анализировать вещества различной природы, что еще больше увеличивает функциональность и производительность аналитической системы.
Немаловажным достоинством масс-спектро-метров является их надежность и простота в обслуживании. Конструкция линии десольватации позволяет работать даже с загрязненными образцами и образцами со сложной матрицей, причем она обслуживается без сброса вакуума, что минимизирует время простоя инструмента.
Полностью свои широкие возможности новые масс-детекторы Shimadzu проявляют при работе совместно с системой УВЭЖХ LC-30 Nexera, представляя собой новую совершенную платформу для сверхэффективного и сверхпроизводительного масс-спектрометрического анализа. Однако они могут с успехом применяться и в составе традиционных ВЭЖХ-систем. Современное и удобное программное обеспечение позволяет эффективно управлять всеми компонентами аналитической системы, получать и обрабатывать качественные и количественные результаты и обеспечивает эффективную работу системы в полностью автоматическом режиме с высокой надежностью и производительностью.
Следующим шагом на пути увеличения производительности и эффективности хроматографических методов анализа стала новейшая разработка компании Shimadzu – универсальная модульная система для сверхбыстрой жидкостной хроматографии сверхвысокого разрешения LC-30 (рис.1). Система, получившая название Nexera (от Next Era), была впервые продемонстрирована во время работы научной конференции и выставки аналитического оборудования PITTCON-2010 в Орландо (США). LC-30 – первая универсальная система, в которой можно реализовать любые режимы аналитической хроматографии без какой-либо модификации компонентов системы и линий подачи подвижной фазы.
Внешне LC-30 Nexera практически неотличима от модулей серии Prominence, однако внутри скрывается абсолютно новая конструкция. Технологии, использовавшиеся в серии Prominence, были коренным образом переработаны. В результате получена надежная и функциональная система с отличными показателями скорости анализа и хроматографического разрешения. Для этого специалисты Shimadzu использовали не только свой богатейший опыт, накопленный при разработке ВЭЖХ-систем, но и заимствовали решения из других областей деятельности компании, таких как производство компонентов для самолетостроения и тяжелой индустрии.
Новый насос LC-30AD обеспечивает поток подвижной фазы в диапазоне от 0,0001 до 3 мл/мин при давлении на входе в колонку 130 МПа и в диапазоне от 3 до 5 мл/мин при давлении 80 МПа. Это позволяет использовать для сверхбыстрой хроматографии наряду с короткими колонками (как это было реализовано в приборах серии LC-20) длинные колонки (например, длиной 250 мм) для максимально эффективного разделения пиков. Сохранив в конструкции насоса проверенный в течение более чем 20 лет принцип параллельного двухплунжерного механизма, конструкторы Shimadzu использовали в насосе LC-30AD новый материал плунжера и новую конструкцию уплотнений. В результате срок эксплуатации уплотнений и плунжера при сверхвысоких давлениях подвижной фазы достиг уровня, который до сегодняшнего дня был характерен только для традиционных ВЭЖХ-систем, работающих при давлении не выше 40 МПа. Так, например, при потоке воды со скоростью 3,5 мл/мин при давлении 100 МПа после прокачки 170 л насос не требовал замены уплотнений. При помощи насосов LC-30AD можно реализовать хроматографическое разделение в изократическом или градиентном режиме с использованием до четырех различных подвижных фаз. При этом в программном обеспечении предусмотрена функция компенсации сжимаемости подвижной фазы. Высокая точность и скорость градиентного элюирования достигается за счет новой запатентованной технологии многократного смешивания/разделения компонентов подвижной фазы в новом градиентном смесителе объемом 20 мкл.
Еще один компонент, обеспечивающий высочайшую производительность системы LC-30 Nexera, – автодозатор SIL-30A. Время анализа сокращается, поскольку инжекция 5 мкл образца длится 10 с. Новая конструкция клапанов, предназначенных для работы при давлении подвижной фазы до 130 МПа, обеспечивает абсолютную надежность автодозатора и высокий срок бесперебойной эксплуатации, характерный для традиционной ВЭЖХ. Благодаря новой конструкции иглы для ввода образцов, величина переноса остаточного загрязнения рекордно низка (<0,0015%) и может быть еще уменьшена за счет использования трех независимых линий для промывки внешней поверхности иглы и ее внутреннего объема. Помимо проверенного метода прямой инжекции образца, обеспечивающего максимальную воспроизводимость анализа, опционально автодозатор может вводить образец при помощи петли. Петлевой ввод образца сокращает мертвый объем хроматографической системы, что особенно важно при быстром градиентном элюировании.
В стандартную комплектацию автодозатора входят система пробоподготовки и охлаждение образцов. В стандартную поставку также включаются штатив для 105 флаконов емкостью 1,5 мл и штатив для 10 стандартов. Чтобы существенно увеличить число образцов, анализируемых в автоматическом режиме, к автоинжектору можно дополнительно подключать устройство для автоматической смены планшетов/штативов (Rack Changer II), которое вмещает до 12 микротитрационных планшетов (96- или 384-луночных) или 12 штативов для 54 флаконов объемом 1,5 мл (рис. 2).
В отличие от воздушно-циркуляционных термостатов для колонок серии Prominence, которые также могут работать в составе системы Nexera, новый термостат CTO-30A позволяет проводить хроматографический анализ при температурах до 150°С. Термостат оснащен подогревателем для подвижной фазы и двумя слотами для установки клапанов переключения потоков подвижной фазы. Система дифференциальных нагревателя и датчика температуры – «тепловые весы» – позволяет эффективно бороться с температурным градиентом подвижной фазы в хроматографической колонке при работе со сверхвысокими давлениями. Благодаря возможности поддерживать высокую температуру, термостат также можно использовать в качестве постколоночного реактора, что существенно расширяет область применения системы. Еще одно немаловажное преимущество термостата CTO-30A – экономия дорогостоящих органических растворителей за счет замены водно-органической подвижной фазы на водную при увеличении температуры. Так, например, при переходе от подвижной фазы метанол/вода (30% метанола) при температуре 40°С к чистой воде при температуре 150°С эффективность хроматографического разделения на колонке С18 длиной 150 мм практически не изменяется.
Система LC-30 Nexera может комплектоваться всем спектром хроматографических детекторов, успешно использующихся в составе серии Prominence. В режиме сверхбыстрой хроматографии частота сбора данных для всех детекторов – 100 Гц. Однако наиболее полно свои возможности модульная система LС-30 демонстрирует в сочетании с новейшими сверхбыстрыми масс-спектрометрическими детекторами Shimadzu – одинарным квадрупольным LCMS-2020 и тройным квадрупольным LCMS-8030.
Квадрупольные масс-анализаторы отлично зарекомендовали себя как наиболее универсальные и чувствительные хроматографические детекторы в системах традиционной ВЭЖХ, однако до недавнего времени их применение в системах быстрой и сверхбыстрой хроматографии было ограничено вследствие недостаточного быстродействия. Попытки же увеличить скорость работы квадрупольных масс-детекторов приводили к закономерному падению их чувствительности. Решением проблемы стал разработанный и запатентованный корпорацией Shimadzu комплекс технологий под общим названием UF (UltraFast), UFscanning, UFswitching и UFsensitivity. Представленный в 2009 году одинарный квадрупольный масс-спектрометр LCMS-2020 (рис.3), в конструкции которого впервые были реализованы эти технологии, и сегодня остается абсолютным рекордсменом среди одинарных квадрупольных масс-спектрометров по таким показателям, как скорость сканирования, время переключения полярности и чувствительность.
За счет технологии UFsensitivity и благодаря новейшей системе ионной оптики Qarray достигаются великолепная воспроизводимость результатов, широкий линейный диапазон и непревзойденная на сегодняшний день для квадрупольных систем чувствительность. Технология UFscanning обеспечивает корреляцию между напряжением, приложенным к стержням квадруполя, скоростью сканирования и величиной m/z определяемых ионов, что гарантирует высочайшую скорость сканирования (до 15000 а.е.м./с!) во всем диапазоне масс. Технология UFswitching обеспечивает сверхбыстрое (15 мс) переключение режимов положительной и отрицательной ионизации. Это позволяет практически одновременно регистрировать положительные и отрицательные ионы, что кардинальным образом увеличивает производительность анализа.
Дальнейшим развитием технологии сверхбыстрой квадрупольной масс-спектрометрии стало создание в 2010 году тройного квадрупольного масс-детектора LCMS-8030 (рис.4). В дополнение к уже испытанным УФ-технологиям, специалисты Shimadzu использовали в конструкции ячейки столкновения этого прибора еще одну революционную технологию – UFsweeper. Ячейки столкновения традиционной конструкции всегда являлись узким местом в тандемной масс-спектрометрии вследствие потери ионами скорости при столкновении с молекулами газа-реагента и наличия взаимных помех при регистрации нескольких MRM-переходов (cross-talk). Ячейка столкновения LCMS-8030 практически лишена этих недостатков. Технология UFsweeper подразумевает формирование псевдопотенциальных поверхностей специальной формы (рис.5), что эффективно ускоряет ионы в ячейке столкновения. Тем самым достигается высочайшая эффективность столкновительной диссоциации (CID) и сверхбыстрый транспорт ионов без потерь во второй квадруполь, что существенно снижает потери чувствительности и взаимные помехи.
Сочетание сверхбыстрых квадрупольных масс-анализаторов и технологии UFsweeper позволило добиться высокой производительности тандемного масс-спектрометрического анализа: максимальная скорость работы LCMS-8030 в режиме регистрации MRM-переходов составляет 500 MRM-переходов в секунду. При этом пауза между регистрациями – всего 1 мс. В сочетании со сверхбыстрым переключением полярности это гарантирует надежное и точное детектирование хроматографических пиков шириной менее 1 с. Для хорошей воспроизводимости результатов в программном обеспечении масс-спектрометра предусмотрен режим синхронизации регистрации MRM-переходов со временем выхода хроматографического пика. Более того, технология синхронизированного сканирования со скоростью 15000 а.е.м./с позволяет одновременно с регистрацией MRM-переходов получать полные масс-спектры продуктов фрагментации, что существенно увеличивает точность и информативность анализа.
Обе модели жидкостных масс-спектрометров Shimadzu могут комплектоваться традиционной системой ионизации электроспреем (ESI) или источником химической ионизации при атмосферном давлении (APCI). Уникальная особенность масс-спектрометров Shimadzu – возможность использования универсального сдвоенного источника ионизации (DUIS), который способен одновременно ионизировать пробы в режиме электроспрея и при помощи химической ионизации. Тогда в ходе одного измерения можно анализировать вещества различной природы, что еще больше увеличивает функциональность и производительность аналитической системы.
Немаловажным достоинством масс-спектро-метров является их надежность и простота в обслуживании. Конструкция линии десольватации позволяет работать даже с загрязненными образцами и образцами со сложной матрицей, причем она обслуживается без сброса вакуума, что минимизирует время простоя инструмента.
Полностью свои широкие возможности новые масс-детекторы Shimadzu проявляют при работе совместно с системой УВЭЖХ LC-30 Nexera, представляя собой новую совершенную платформу для сверхэффективного и сверхпроизводительного масс-спектрометрического анализа. Однако они могут с успехом применяться и в составе традиционных ВЭЖХ-систем. Современное и удобное программное обеспечение позволяет эффективно управлять всеми компонентами аналитической системы, получать и обрабатывать качественные и количественные результаты и обеспечивает эффективную работу системы в полностью автоматическом режиме с высокой надежностью и производительностью.
Отзывы читателей
