Polscy naukowcy zaprojektowali wysokosprawny chromatograf cieczowy

Pomysłodawcą projektu i autorem większości rozwiązań jest prof. dr hab. inż. Marian Kamiński z Katedry Chemii Analitycznej Wydział Chemiczny PG. "Ten bezpompowy aparat dydaktyczny i do prostych analiz z elucją gradientową mógłby, moim zdaniem, stać się polskim +przebojem+ eksportowym, gdyż byłby z pewnością przynajmniej dwa razy tańszy od pompowych gradientowych +odpowiedników+ zagranicznych, a mimo to spełnia te same funkcje" - uważa prof. Kamiński.

HPLC, czyli wysokosprawny chromatograf cieczowy, jest urządzeniem o podstawowym znaczeniu przy analizie substancji chemicznych, farmaceutycznych, toksykologicznych. Używa się go do badania czystości, oczyszczania, izolacji i identyfikacji substancji chemicznych. Może analizować związki wielkocząsteczkowe, takie jak białka, sterydy, oligosacharydy, a także związki wysokowrzące i termolabilne, takie jak nukleotydy, glikozydy, węglowodory.

Urządzenie jest skomplikowane i drogie. Analizowaną próbkę rozpuszcza się w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku, zależnym od rodzaju substancji i zastosowanego układu. Tak przygotowaną, o znanym stężeniu i objętości kieruje się na kolumnę, przez którą próbka musi przejść. Kolumna zawiera specjalne wypełnienie, zwane złożem. W zależności od celów analizy, rodzaju analizowanej próbki i typu rozpuszczalnika, dobiera się kolumny.

W kolumnie, po wniknięciu do niej próbki, w skutek oddziaływań międzycząsteczkowych między wypełnieniem kolumny a analizowaną próbką, następuje rozdział. Obraz tego rozdziału pojawia się na ekranie monitora komputerowego jako chromatogram. Z chromatogramu specjalista obsługujący HPLC może odczytać wartości ilościowe składników analizowanego związku, zidentyfikować te składniki, rozdzielić je na poszczególne frakcje.

W Polsce HPLC używają głównie laboratoria instytutów naukowych i badawczych, uczelniane, a także wydziały analizy leków w firmach farmaceutycznych. Niestety ze względu na wysoki koszt urządzenia, nie wszyscy mogą sobie na nie pozwolić. Szczególnie cierpią na tym uczelnie, które prowadzą zajęcia dydaktyczne z technik laboratoryjnych. Prowadzenie zajęć pokazowych i prostych prac zbytnio angażuje drogi sprzęt, który w tym samym momencie mógłby być używany w celu naukowym.

Polski dydaktyczny HPLC, jak podają projektanci, zapewnia zadowalającą powtarzalność wartości czasu retencji i powierzchni pików i bardzo dobre odwzorowanie programu elucji gradientowej, co ma znaczenie dla wyników przeprowadzanej analizy.

"Zarówno ten aparat, jak też i opracowany przez nas profesjonalny, pompowy gradientowy moduł zasilania kolumny HPLC eluentem o programowanym składzie z systemem przełączania kolumn i realizacji przepływu zwrotnego w kolumnie, posiadają zawory proporcjonujące mojej konstrukcji, znacznie szybsze od istniejących obecnie na rynkach światowych oraz łatwiej przemywalne od "konkurencyjnych" - wyjaśnia prof. Marian Kamiński.

Jak dodaje, innowacyjnymi, "wprost rewolucyjnymi" rozwiązaniami zastosowanymi w polskich aparatach są: w dydaktycznym HPLC - "system przeciw-dyfuzyjny", który zapewnia możliwość wykorzystania 100 proc. cieczy, mimo jej kontaktu ze sprężonym azotem; a w profesjonalnym - układ zaworów i kolumn w termostacie, który pozwala na przekazanie dowolnej frakcji z dowolnej kolumny do dowolnej innej i wykonanie przepływu zwrotnego eluentu w dowolnej kolumnie lub w dowolnym układzie kolumn. Dzięki temu zapewniona jest stała aktywność sorpcyjna kolumn i brak zmian wartości czasu retencji.

Naukowiec podkreśla, że dzięki temu, nie potrzeba stosować "pre-kolumn" o działaniu ochronnym. Takie rozwiązanie pozwala również na rozdzielanie mieszanin o bardzo skomplikowanych składach.

W aparacie dydaktycznym bezpompowym, eluent jest tłoczony za pomocą sprężonego azotu, pod ciśnieniem 3 MPa z dwóch zbiorników zaopatrzonych w system przeciw-dyfuzyjny. Do aparatu zaleca się używać kolumn HPLC o sprawności do ok. 5 tys. półek teoretycznych. Używając szklanych dydaktycznych kolumn HPLC, także opracowanych w Katedrze Chemii Analitycznej PG, można obserwować migrację pasm barwnych substancji wzdłuż całej długości wypełnienia kolumny. Dydaktyczne HPLC posiada trzydrogowy zawór proporcjonujący - wykonawczy, dozownik membranowy i zawór odcinający przepływ eluentu do kolumny w momencie dozowania próbki. Może być wyposażony w detektor UV-254, kolumnę semipreparatywną (dc=7 mm i.d.) oraz proporcjonujący zawór kontrolny.

"Ten wysokosprawny, ciśnieniowy chromatograf cieczowy do zastosowań dydaktycznych i prostych analiz bardzo dobrze nadaje się do szkół i uczelni, gdzie uczy się zasad techniki HPLC, praw hydrodynamiki, kinematyki i dynamiki, niektórych zasad biologii, biochemii, biotechnologii, monitoringu środowiska oraz do realizacji rozdzielań i oznaczeń składu różnych próbek" - zapewnia prof. Kamiński.

Z kolei aparat profesjonalny, wyposażono w gradientowy moduł zasilania kolumny HPLC eluentem o programowanym składzie, termostat kolumny z dozownikiem oraz dozowaniem próbki do dowolnej kolumny, system przełączania przepływu i kierowania eluatu z dowolnej kolumny do dowolnej innej oraz stosowania przepływu zwrotnego eluentu w dowolnej kolumnie, czyli rodzaj wyposażenia nie odbiegający od stosowanego w najlepszych zachodnich tego typu urządzeniach.

Pracą zaworów proporcjonujących steruje moduł komputerowy. Ten sam moduł zajmuje się rejestracją i przetwarzaniem danych z detektora lub dwóch detektorów. Na ekranie monitora komputerowego można obserwować gotowy chromatogram, identyfikować substancje, obliczać zawartość składników próbki.

"Opracowane przez nas chromatografy, od co najmniej trzech lat używane są w Politechnice Gdańskiej w dydaktyce i badaniach" - mówi prof. Kamiński. Przyznaje, że z powodu braku czasu nie uruchomiono dotychczas produkcji aparatów, ani "profesjonalnego", ani "dydaktycznego". "A szkoda, bo można by na aparaturze HPLC nieźle zarabiać, a także znacznie ograniczyć import aparatury HPLC do Polski, a być może i spowodować obniżenie cen aparatury konkurencyjnej, jak to miało miejsce w Czechach, gdy tam na rynku pojawił się własny, konkurencyjny i znacznie tańszy chromatograf HPLC" - dodaje.

Prof. Kamiński uważa, że przed uruchomieniem produkcji warto byłoby przystosować opracowane przez Katedrę aparaty do najnowszej technologii i nieco zmodernizować. Chodzi m.in. o system sterowania oraz rejestracji i przetwarzania danych, który został stworzony przez studentów, ze względu na oszczędność pieniędzy. "System ten obecnie spełnia tylko funkcje minimum i powinien zostać rozbudowany w zakresie wielu funkcjonalności" - przyznaje naukowiec.

PAP - Nauka w Polsce, Małgorzata Nowak

agt/ kap/