В современной химии точность и чистота образца – ключ к достоверным результатам. Именно поэтому методы разделения веществ постоянно совершенствуются. Среди них особое место занимает высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) – универсальный инструмент, который может служить как аналитическим целям, так и масштабированию процесса очистки веществ. В чем разница между аналитическим и препаративным подходами, рассмотрим далее.
Растения – важный источник органических веществ благодаря низкой токсичности, доступности сырья и продуктов его переработки. Однако очищение ингредиентов из растительных экстрактов – непростая задача. Это объясняется сложностью матрицы, содержащей терпены, воски и хлорофиллы. К тому же многие компоненты обладают подобной химической структурой и физическими свойствами, что затрудняет их разделение. Именно поэтому требуются специальные методы и оборудование, способные обеспечить точное и эффективное отделение веществ. Одним из таких методов является жидкостная хроматография – надежный способ очистки целевых соединений из природных субстратов, позволяющий достичь высокого уровня чистоты.
Жидкостная хроматография используется как для аналитических, так и для препаративных задач в зависимости от цели исследования. Аналитическая высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) необходима для разделения веществ в смеси с последующим определением их качественного и количественного состава. А препаративная ВЭЖХ применяется для выделения и очистки целевых соединений, чтобы получить их в чистом виде для дальнейшего использования.
Аналитическая высокоэффективная жидкостная хроматография
Аналитическая ВЭЖХ широко применяется для контроля качества продуктов, полученных из растительных экстрактов. Она помогает специалистам разных отраслей проверять состав и чистоту сырья. Чтобы обеспечить наивысшее качество продукции, проводят ряд анализов: определяют количество основных химических веществ, выявляют природные примеси (например, микотоксины) и искусственные, в частности пестициды.
Для таких задач используются современные аналитические системы, например, хроматографы Knauer Azura, сочетающие высокую точность, скорость и стабильность измерений.
Схема потока для аналитического хроматографа Knauer Azura:
Аналитическая система Knauer Azura позволяет быстро и точно определять отдельные компоненты даже в сложных смесях. Например:
Количественное определение шести химических соединений из растительного экстракта за 15 минут
Кроме коротких рутинных измерений, аналитическая ВЭЖХ может применяться для детального анализа сложных образцов.
С помощью той же системы Knauer Azura можно провести подробный анализ 15 химических веществ из растительного масла за 20 минут.
| Пик | Компонент |
| 1 | Каннабидивариновая кислота (CBDVA) |
| 2 | Каннабидиварин (CBDV) |
| 3 | Каннабидиоловая кислота (CBDA) |
| 4 | Каннабигероловая кислота (CBGA) |
| 5 | Каннабигерол (CBG) |
| 6 | Каннабидиол (CBD) |
| 7 | Δ9-тетрагидроканнабиварин (THCV) |
| 8 | Δ9-тетрагидроканнабивариновая кислота (THCVA) |
| 9 | Каннабинол (CBN) |
| 10 | Δ9-тетрагидроканнабинол (Δ9-THC) / каннабиноловая кислота (CBNA) |
| 11 | Δ8-тетрагидроканнабинол (Δ8-THC) |
| 12 | Каннабициклол (CBL) |
| 13 | Δ9-тетрагидроканнабиноловая кислота (Δ9-THCA) |
| 14 | Каннабихромен (CBC) |
| 15 | Каннабихроменовая кислота (CBCA) |
Препаративная хроматография
Когда нужно получить высокоочищенные химические вещества из растений или сырых экстрактов, лучше всего подходит препаративная хроматография. Обычно процесс начинают с аналитического масштаба, а затем переходят к препаративному. Сначала с помощью начального градиента получают информацию о составе образца. Затем оптимизируют разделение целевого соединения, используя фокусный градиент с плавным наклоном.
Далее определяют перегрузку колонки по объему или массе, чтобы установить максимальную нагрузку перед масштабированием. Расчеты нужно проводить очень точно, иначе при увеличении масштаба не удастся сохранить качество разделения. Масштабирование хроматографического метода сложно, ведь оно зависит от многих взаимосвязанных параметров. Простейшим является линейное масштабирование, когда используют колонки с одинаковой неподвижной фазой, длиной и размером частиц, но с разным внутренним диаметром.
Чтобы реализовать описанный процесс на практике, применяются специальные системы, способные работать с большими объемами проб и обеспечивать стабильный поток, точную дозировку и сбор очищенных фракций. Один из примеров такого оборудования – препаративный хроматограф Knauer Azura. Далее приведена схема потока этой системы, демонстрирующая принцип ее работы во время препаративного разделения:
Схема потока для препаративного хроматографа Knauer Azura:
В отличие от аналитической хроматографии, в препаративной главная цель – сбор нужных пиков или участков хроматограммы. После того как детектор выявляет соединение, оно попадает в коллектор фракций. Поэтому в таких системах используют недеструктивные детекторы, чтобы вещество не разрушалось при выявлении. Если используется другой тип детектора, система должна быть оснащена делителем потока. Чувствительность детектора здесь не решающая, ведь его задача – помочь разделить образец на фракции, а не проводить точный количественный анализ.
Среди главных преимуществ препаративной хроматографии:
- Возможность масштабировать процесс очистки от микро- или миллиграммовых количеств до граммов или даже килограммов
- Использование более высоких концентраций и больших объемов инъекции, что позволяет уменьшить количество введений, сократить расход подвижной фазы и объем растворителей, образующих отходы
- Возможность повторного очищения или анализа образца, если первый эксперимент не дал желаемого результата
Очистка компонентов из масла
Хроматограммы анализа до (−) и после (−) очистки: 1 – каннабигерол (CBG); 2 – каннабидиол (CBD); 3 – Δ9-тетрагидроканнабиноловая кислота (Δ9-THCA).
О Knauer
Компания Knauer – известный немецкий производитель, который с 1962 года специализируется на разработке и изготовлении лабораторного оборудования. Главный офис Knauer расположен в Берлине. Ассортимент компании включает аналитические и препаративные системы ВЭЖХ, установки для быстрой белковой жидкостной хроматографии (FPLC), многоколоночные системы SMB, осмометры и решения для производства липидных наночастиц (LNP). KNAUER получила германскую награду за инновации 2022 года, что подчеркивает ее статус одного из ведущих разработчиков в отрасли.
В Украине официальным дистрибьютором бренда является «Химлаборреактив» – компания, обеспечивающая поставки, установку и техническую поддержку приборов KNAUER.
Анастасия Рябченко,
продакт-специалист Отдела аналитического оборудования ХЛР