Chaleur de friction : avantage aux particules Core-shell

En chromatographie liquide, le déplacement de la phase mobile dans la colonne (contenant des particules fines tassées) provoque un dégagement de chaleur appelée chaleur de friction. La quantité de chaleur augmente avec la vitesse de la phase et donc le débit.

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La chaleur de friction créé un gradient de température dans la section de la colonne, ce qui a pour conséquence de provoquer un élargissement des pics.

Il est donc possible de conserver l’efficacité de la colonne à débit élevé en améliorant la
dissipation thermique dans la phase mobile (en utilisant une plus grande proportion d’eau dans l’éluant par exemple) et / ou en augmentant la dissipation dans la phase stationnaire (en utilisant des particules plus denses par exemple). Les particules superficiellement poreuses (Core-Shell) démontrent clairement le potentiel de cette dernière option.

Des travaux ont été menés par F . Gritti et G. Guiochon afin de comparer des particules sub-2µm entièrement poreuses versus des particules à noyau solide, respectivement des particules 1,7µm BEH-C18 (Waters) et des particules 1,7µm Kinétex C18 (Phénomenex). Ils ont constaté qu’en accélérant le débit de phase mobile, la hauteur de plateau théorique augmentait moins vite pour les particules à noyau dur . Cela est dû à la plus grande conductivité thermique de ces particules constituées à 40% d’un noyau solide.

Une autre conséquence de la conductivité thermique de ces particules est qu’elle diminue le gradient radial de température qui se créé dans la colonne. Certains constructeurs (Thermo Fisher en particulier) revendiquent la maîtrise de ce phénomène sur leurs derniers systèmes chromatographiques.

Si l’intérêt des particules à noyau dur n’est plus à démontrer pour les utilisateurs de systèmes chromatographie liquide, on peut attribuer une partie de leur efficacité à leurs propriétés thermiques. Une question demeure : ces particules vont-elles à terme supplanter complètement les colonnes poreuses ?

Source :  F. Gritti et G. Guiochon, Mass transfer resistance in narrow-bore columns packed with 1,7µm particles in very high pressure liquid chromatography, J. Chrom A, 1217 (2010) 5069-5083

Les colonnes HPLC à noyaux durs peuvent-elles vraiment rivaliser avec les performances de l’UHPLC ?

En première intention, nous utilisons systématiquement l’UHPLC pour développer les méthodes de séparation en chromatographie liquide. Cependant, nous sommes régulièrement obligés de transférer ces méthodes en conditions HPLC pour les adapter à l’équipement disponible chez nos clients. A cette occasion, le choix de la colonne et les performances associées alimentent les discussions techniques et aboutissent immanquablement à la questions suivante:
Jusqu’où les colonnes modernes (noyaux durs en particulier) utilisables à moins de 450-500bars peuvent rivaliser avec les performances de l’UHPLC ?
Pour apporter des éléments de réponse, nous avons comparé 8 colonnes (1 UHPLC et 7 HPLC) lors de la mise au point d’une méthode d’analyse de 2 principes actifs pharmaceutiques et de leurs 4 impuretés. Ils nous a semblé intéressant d’analyser ces résultats hors du contexte de l’étude afin d’apporter des éléments comparatifs entre les différentes colonnes testées.

Description des 8 colonnes

photo tableau

La méthode développée a été déclinée sur chaque colonne en tenant compte des paramètres géométriques. La quantité injectée, la programmation du gradient et le débit ont donc été adaptés.

chromatoPour évaluer la performance de chaque colonne, nous avons retenu   4 critères : la moyenne des 6 facteurs de symétrie, la moyenne des largeurs à la base des 6 pics, la moyenne des 5 résolutions et la moyenne des 6 nombres de plateaux théoriques par unité de longueur. Nous avons ensuite utilisé une fonction de désirabilité (Derringer et Suich) pour trouver le meilleur compromis sur ces 4 paramètres.

tableau desirab

Dans notre cas nous avons choisi pour chaque critère une fonction linéaire variant entre les bornes 0 (valeur la plus petite de la collection pour le critère considéré) et 1 (valeur la plus grande de la collection pour le critère considéré).

graph

 

On obtient ainsi pour chaque colonne 4 valeurs de désirabilité correspondant aux 4 critères retenus.

 

 

desirabilite

Le score d’une colonne est obtenu en calculant la désirabilité globale comme la moyenne géométrique des désirabilités individuelles de chaque critère pour la colonne considérée.

graph global

Les valeurs des désirabilités des quatre critères étudiés sont homogènes sur les 5 premières colonnes. Cette homogénéité n’est plus observée sur les trois autres colonnes dont la désirabilité globale est inférieure à 0,5. On peut noter une très bonne performance des colonnes à noyau dur. Les trois colonnes de trois marques différentes ont des résultats très proches avec des désirabilités globales supérieures à 0,8 et comparables à celle obtenue sur la colonne UHPLC (Acquity CSH C18).

Ces résultats ont été obtenus pour une méthode d’analyse et une série de composés particuliers, il serait donc hasardeux de trop généraliser ces conclusions. Néanmoins cet exemple montre que les colonnes à noyau dur peuvent être une alternative aux méthodes UHPLC pour les laboratoires qui ne possèdent pas l’équipement et qui n’ont pas de contraintes fortes sur la durée d’analyse.

 

 

Elaboration et optimisation de méthodes chromatographiques: Fusion AE™ LC Method Development-Principales Fonctionnalités (3)

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Nous avons publié, il y a quelques semaines, une présentation générale de Fusion AE™ LC Method Development. Nous allons maintenant vous présenter certaines grandes fonctionnalités du logiciel.

Celle qui nous parait la plus emblématique est la recherche de solution optimale. Cet outil permet d’obtenir un optimum analytique prenant en compte : les facteurs influents, leurs domaines de variation, les réponses étudiées et l’importance attribuée à chaque réponse. Le résultat apparaît sous la forme de 2 tableaux: un regroupant les réglages de chaque variable (temps de gradient, % de solvant organique, type de colonne, type de solvant, pH, …) à l’optimum et un deuxième  fournissant les prédictions des réponses (résolution, nombre de pics, …).

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Elaboration et optimisation de méthodes chromatographiques: DryLab® vs Fusion AE™ LC Method Development (2)

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Dans la série de nos papiers sur les logiciels d’optimisation en chromatographie liquide, un article* très intéressant de l’équipe du Dr Molnár à paraître dans la revue LC-GC, nous permet de comparer deux des principaux logiciels disponibles : DryLab® et Fusion AE™ LC Method Development.

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L’avènement des principes de « Quality by Design » (QbD) et la généralisation de la sous-traitance ont fait émerger de nouvelles problématiques dans le monde de la chromatographie. Elles peuvent se résumer en deux points : la prédiction de paramètres critiques (QbD) et la robustesse des méthodes d’analyse en vue de leurs transferts inter-laboratoires. Une des possibilités pour répondre à ces problématiques est d’utiliser des logiciels de modélisation. Il est donc utile d’identifier les deux familles de logiciels qui se partagent le marché.

On peut en effet distinguer d’une part les logiciels d’optimisation de méthodes et de modélisation qui s’appuient sur les lois théoriques chromatographiques (à titre d’exemple, on peut citer le logiciel DryLab®, développé par l’institut Molnár) et, d’autre part, des logiciels de plans d’expériences.

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Fusion AE™ LC Method Development : élaboration et optimisation de méthodes chromatographiques (1)

s matrix logoFusion AE™ LC Method Development est un logiciel que nous utilisons systématiquement pour le développement de méthodes d’analyse par plan d’expériences (en HPLC/UHPLC et SFC notamment). Nous vous proposons ici une introduction à ce logiciel en préambule à une série d’articles concernant son utilisation.

Fusion AE™ LC Method Development, développé par S-Matrix®, est un logiciel qui permet l’utilisation des plans d’expériences pour le criblage des paramètres dans l’élaboration et l’optimisation de méthodes d’analyse chromatographique. Sa particularité et son intérêt résident dans la possibilité d’automatiser entièrement la démarche : de la construction du plan à l’analyse des données. Il n’est pas nécessaire d’avoir des connaissances préalables ni des plans d’expériences ni des méthodes statistiques. Sauf erreur de ma part, il est sur ce point sans concurrent.

image blogEn effet, en plus de l’aspect calculatoire et purement mathématique, S-Matrix ® a développé une interface chromatographique d’une simplicité et d’une efficacité redoutable. Un mode automatique prend en charge tous les choix mathématiques et statistiques (type de plan d’expériences, modèle mathématique…) qui pourraient dérouter l’utilisateur non averti. Quant à l’analyse des rapports, Fusion AE™ propose des outils graphiques pour évaluer rapidement l’influence des différents paramètres sur la réponse étudiée.

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