Частина 2. Прилади для хроматографії (частина 1 за посиланням https://promoboz.com/journal/2025/1-104april/do-150-richchya-z-dnya-zasnuvannya-korporatsiyi-shimadzu-analitychne-obladnannya-dlya-farmatsevtychnoyi-galuzi/)
О.Б. Сухомлинов, директор компанії «ШимЮкрейн»
Цьогоріч виповнюється 150 років японській приладобудівній корпорації SHIMADZU — провідному світовому виробнику лабораторного аналітичного обладнання, яке з успіхом використовують у різних галузях, причому фармацевтична галузь є найбільшим користувачем продукції SHIMADZU. Аналітичними приладами виробництва цієї корпорації оснащено 56 фармацевтичних підприємств України. Станом на 20 вересня 2025 р. загальна кількість обладнання, поставленого в Україну, становить 1499, зокрема фармацевтичні підприємства придбали 487 комплектів.
Огляд продукції виробництва корпорації SHIMADZU представлено в двох частинах. Перша частина огляду, опублікована в першому номері журналу за 2025 р., була присвячена описанню приладів для оптичної та рентгенівської спектрометрії. В цій статті, яка є другою частиною огляду, міститься матеріал про хроматографічне обладнання.
Найбільш поширеним інструментальним засобом для аналітичного контролю в лабораторіях підприємств фармацевтичної галузі є рідинний хроматограф. Корпорація SHIMADZU випускає кілька серій рідинних хроматографів, що дозволяють користувачеві вибрати потрібний прилад як з урахуванням величини робочого тиску, так і за номенклатурою застосованих детекторів.
Фото 1. Рідинний хроматограф моделі LC-40 з мас-детектором LCMS-2050
Фото 2. Рідинний хроматограф моделі LC-2060
Головною особливістю нового рідинного хроматографа серії LC-40 (фото № 1) є його універсальність. У рамках модульної конструкції приладу в результаті вибору відповідної моделі насоса конкретна хроматографічна система може працювати або в режимі класичної ВЕРХ (максимальний тиск 44 МПа), або в режимі швидкої хроматографії високого і надвисокого тиску (70 МПа; 105 МПа або 130 МПа). Отже, серія LC-40 може бути реалізована в чотирьох моделях: Nexera Lite (44 МПа), Nexera XR (70 МПа), Nexera XS (105 МПа) і Nexera X3 (130 МПа). При цьому насоси в моделях Nexera XR i Nexera ХЗ випускаються як із паралельною подвійною плунжерною системою, так і у вигляді бінарної конструкції, що зручно для роботи з градієнтом високого тиску. Важливо відзначити, що всі насоси серії LC-40 забезпечують швидкість потоку рухомої фази в діапазоні від 0,0001 до 10,0000 мл/хв. Для дегазації рухомої фази можна послуговуватись або 3-канальними, або 5-канальними дегазаторами.
Використання хроматографа LC-40 у лабораторіях із великим навантаженням допомагає позбутися труднощів, що зазвичай виникають у процесі проведення аналітичних вимірювань на приладах із низькою продуктивністю, пов'язаною як із тривалим циклом інжектування, так і з обмеженою місткістю тримача віал чи планшетів. Хроматографи серії LC-40 обладнано автоінжекторними системами з коротким циклом інжектування (менше 7 с), що забезпечує високу продуктивність їхньої роботи. Прилади серії LC-40 мають широкі можливості для збільшення кількості проб, що аналізують за одне завантаження автосамплера з використанням автоматичного змінювача тримачів віал чи планшетів. Наприклад, за стандартного завантаження автосамплера віалами ємністю 1 мл — 252 проби, віалами ємністю 1,5 мл — 162 проби, 96-лунковими планшетами — 288 проб, 384-лунковими планшетами — 1152 проби. У разі використання разом з автосамплером одинарного автоматичного змінювача тримачів проб в аналітичному процесі можуть брати участь 756 проб у віалах ємністю 1 мл — 756 проб, у віалах ємністю 1,5 мл — 486 проб, у 96-лункових планшетах — 1536 проб, у 384-лункових — 6144 проби. Якщо ж разом із автосамплером задіяти потрійний автоматичний змінювач тримачів проб, то в аналітичному процесі можуть брати участь у віалах ємністю 1 мл — 1932 проби, у віалах ємністю 1,5 мл — 1242 проби, у 96-лункових планшетах — 4224 проби, у 384-лункових — 16 896 проб. Оскільки натепер широко використовують автономний режим роботи хроматографів, зазначені параметри завантаження автосамплера сприяють значному підвищенню продуктивності аналітичних робіт.
Серія LC-40 включає дві моделі термостатів колонок. Модель СТО-40С працює в діапазоні температур від «кімнатна - 10о до 100оC». Точність вимірювання становить 0.05оC. В моделі наявні 6 колонок довжиною 250 мм або 3 колонки довжиною 300 мм. Модель СТО-40S працює в діапазоні температур від «кімнатна - 10о до 85оC». Точність вимірювання становить 0.1оC. Цю модель оснащено 6 колонками довжиною 100 мм або 3 колонками довжиною 300 мм.
Найчастіше в хроматографах серії LC-40 використовуються спектрофотометричні детектори: дисперсійні моделей SPD-40, SPD-40V та діодно-матричний моделі SPD-M40. Відмінність двох зазначених дисперсійних моделей полягає в діапазоні довжини хвиль. Модель SPD-40 працює в діапазоні 190-700 нм, а модель SPD-40V у діапазоні 190-1000 нм. Обидві моделі мають лінійний діапазон 2,5 AU; рівень шуму становить 4.0х 106AU. Спектральна смуга пропускання має величину 8 нм. В обох детекторах можуть бути використані різноманітні проточні кювети, об'єм яких варіюється від 0,2 до 12 мкл, а довжина оптичного шляху — від 0,1 до 10 мм. Діапазон довжини хвиль у діодно-матричному детекторі SPD-M40 становить від 190 до 800 нм, кількість діодних елементів 1024. Ширина щілини може перемикатися в межах 1,2-8 нм. Рівень шуму 4.5х 106AU. Як і в дисперсійних, у діодно-матричному детекторі можна експлуатувати різні кювети з параметрами, аналогічними зазначеним вище.
Окрім перелічених детекторів серії LC-40, у хроматографах цієї серії можуть бути застосовані детектори, розроблені раніше для інших серій, а саме: діодно-матричний моделі SPD-M30A; спектрофлуориметричні моделей RF-20A, RF-20AXS; рефрактометричний моделі RID-20A; кондуктометричний моделі CDD-10AVP; детектор за розсіюванням світла моделі ELSD-LT II. Хроматограф LC-40 може бути основою для рідинних хромато-мас-спектрометрів (ХМС) різного типу.
Корпорація SHIMADZU виробляє також рідинні хроматографи інтегрованої конструкції (моноблокові). Наразі випускаються моноблокові прилади серій LC-2050, LC-2060 (фото № 2), LC-2070 і LC-2080. Перевага інтегрованої конструкції полягає в компактності приладу, в якому спочатку розташовані всі блоки, необхідні для роботи, включаючи насосну систему, дегазатор, термостат колонок, автоінжектор і детектор, а також у мінімальній довжині з'єднувальних елементів.
Найновіші моноблокові прилади випускаються у двох серіях для того, щоб користувач міг орієнтуватися на величину максимального тиску. Прилади всіх моделей серії LC-2070 розраховані на максимальний тиск 50 МПа, тоді як прилади серії LC-2080 — на максимальний тиск 70 МПа. Обидві ці серії включають по три моделі. Один прилад має вбудований спектрофотометричний детектор. Другий прилад цих серій також має вбудований спектрофотометричний детектор, але відрізняється тим, що автоінжектор у ньому передбачає можливість охолодження проб. У третьому приладі цих серій вбудовано діодно-матричний детектор і автоінжектор із можливістю охолодження проб.
У лабораторіях фармацевтичної галузі використовуються переважно ХМС із квадрупольним мас-спектрометричним детектором (моноквадрупольним або тандемним). Корпорація SHIMADZU наразі випускає кілька моделей рідинних ХМС, у тому числі один моноквадрупольний (модель LCMS-2050), три тандемних: моделі LCMS-8050, LCMS-8060 i LCMS-8065 (фото № 3)
Фото 3. Рідинний ХМС із триквадрупольним детектором моделі LCMS-8065
Фото 4. Q-TOF XMC моделі LCMS-9050
Тандемні (триквадрупольні) прилади SHIMADZU мають високе значення швидкості сканування і чутливості. Так, наприклад, швидкість сканування в ХМС моделі LCMS-8060RX становить 30 000 а.е.м. за 1 с, а співвідношення сигнал/шум — 2 000 000:1 для 1 пг резерпіну. На сьогодні ці характеристики є найкращими в галузі. З огляду на це тандемні ХМС виробництва корпорації SHIMADZU є ідеальними вимірювальними приладами для проведення високочутливого аналізу.
Дещо інший напрям використання має рідинний ХМС моделі LCMS-9050 виробництва SHIMADZU (фото № 4). Особливість цього приладу полягає в тому, що його детекторна система є комбінацією рідинного квадрупольного мас-спектрометра і часопрольотного мас-спектрометра. В його конструкції використано нові запатентовані технології, що забезпечують високий рівень роздільної здатності за масами (45 000 FWHM) і точне визначення молекулярної маси (<1 ррт за m/z 622,5662). Це є визначальним фактором для ідентифікації невідомих сполук і встановлення структури молекул.
Корпорація SHIMADZU наразі випускає дві моделі газових хроматографів: GC-2030 i GC-2050. У лабораторіях фармацевтичної галузі популярною є переважно модель GC-2030 (фото № 5), тому вона достатньо добре відома вітчизняним спеціалістам. Інша модель GC-2050 є новою розробкою. Наведемо основні технічні характеристики цих приладів.
Фото 5. Газовий хроматограф моделі GC-2030
Зазвичай вимірювання проводять з використанням полум'яно-іонізаційного детектора, чутливість якого у приладі GC-2030 становить 1 пг C/с. Іншою важливою перевагою цієї моделі є мінімальний час охолодження: для зниження температури термостата з $350^{\circ}C$ до $50^{\circ}C$ потрібно лише 2,7 хв. На приладі одночасно може бути встановлено чотири детектори з індивідуальним контролем температури для кожного та повним електронним контролем потоків газів, а також три інжектори з незалежним контролем температури. Цей прилад використовують здебільшого з капілярними колонками. Максимальна температура термостата становить 4500С, максимальний тиск 970 кПа, максимальна швидкість газу-носія 1300 мл/хв. Передбачено 20 ступенів програмування температури і 7 ступенів програмування тиску. В процесі роботи з газовим хроматографом GC-2010Plus, окрім полум'яно-іонізаційного детектора, досить часто використовують термоіонний, електронно-захватний і полум'яно-фотометричний детектори, рідше — детектор за теплопровідністю. Модель GC-2050 відрізняється перш за все простотою, компактністю і зниженим споживанням електроенергії.
За прикладом рідинних хроматографів як одним із детекторів газового хроматографа можна послуговуватись мас-спектрометричним детектором. Натепер у лабораторній практиці широко застосовують газові ХМС як із моноквадрупольним, так і з триквадрупольним мас-детектором. Основною моделлю моноквадрупольного газового ХМС виробництва SHIMADZU на даний час є GCMS-QP2050 (фото № 6). Щодо мас-спектрометрів із триквадрупольним детектором значного поширення набули дві моделі: GCMS-TQ8040 (фото № 7) і GCMS-TQ8050.
Фото 6. Газовий ХМС моделі GCMS-QP2050 з універсальним автоінжектором АОС-6000Plus
Фото 7. Газовий ХМС із триквадрупольним детектором моделі GCMS-TQ8040 з парофазним автоінжектором НЅ-20
Обидва ці ХМС мають роздільну здатність 0,4 а.е.м., швидкість сканування 20 000 а.е.м. за 1 с, швидкість MRM-переходів 800 переходів за 1 с. Проте ці моделі помітно різняться за значенням чутливості. У разі вимірювання 1 пг октафторнафталіну співвідношення сигнал/шум: у приладі GCMS-TQ8040 становить не менше 1500:1, а в приладі GCMS-ТQ8050 — не менше 2000:1
Слід відзначити, що корпорація SHIMADZU розробила велику кількість різноманітних програм, які є зручними для користування і дозволяють ефективно обробляти результати хроматографічних вимірювань.
Генеральний дистриб'ютор аналітичного обладнання SHIMADZU в Україні та Республіці Молдова:
ТОВ «ШимЮкрейн»
