Un nouveau type d'innovation pour la détection de masse

Quels sont les défis à relever pour traduire la complexité en simplicité - et comment mesurer le succès d'une telle entreprise ?

Daniel Kenny, directeur du développement MS chez Waters, partage la motivation, l'inspiration et la célébration derrière le développement du détecteur ACQUITY QDa.

Quel a été le point de départ du détecteur QDa d'ACQUITY ?

Nous croyons en la puissance de la spectrométrie de masse - ce qu'elle peut faire et ce qu'elle peut apporter. Nous avons donc commencé par nous demander quels étaient les obstacles qui empêchaient les gens d'adopter la technologie de la spectrométrie de masse - le prix et l'encombrement sont entrés en ligne de compte, mais nous nous sommes surtout concentrés sur la question suivante : "Pourquoi la spectrométrie de masse est-elle considérée comme effrayante ?" Nous savions que nous devions aborder la complexité derrière la spectrométrie de masse pour nos clients, c'est pourquoi l'accessibilité et la convivialité font partie intégrante de la conception de l'ACQUITY QDa.

La plupart des gens connaissent les triangles à "triple contrainte", mais nous travaillions avec un carré, devant trouver un équilibre entre la convivialité/robustesse, la miniaturisation, le coût et les performances. Par exemple, en ce qui concerne la source, au lieu d'essayer d'atteindre la performance ultime pour un composé ou une analyse en particulier, nous nous sommes attachés à garantir des données de bonne qualité pour la plupart des analyses, la plupart du temps en simplifiant la conception. Minimiser le degré de compromis sur l'un ou l'autre des coins de notre carré a nécessité de sérieuses innovations.

Est-ce la raison pour laquelle le délai entre le concept et le produit a été plus long que d'habitude ?

Le QDa d'ACQUITY est une refonte complète d'un spectromètre de masse. En général, les nouveaux instruments sont le fruit d'une évolution : on emprunte plusieurs composants à un produit existant tout en introduisant une nouvelle innovation qui améliore la sensibilité, par exemple. Normalement, il n'est pas nécessaire de tout réinventer pour un nouvel instrument, surtout si l'on dispose déjà de composants adaptés. Ce n'était pas le cas avec le QDa.

Je crois qu'il s'est écoulé plus de quatre ans entre les premières discussions informelles et la mise en place de l'instrument dans les mains de nos clients. Au cours de cette période, la phase de modélisation technique a été essentielle, car elle nous a permis de faire des erreurs - et d'en tirer des leçons - tout en nous concentrant sur la miniaturisation et la simplification de divers aspects de la conception en évolution.

Pourriez-vous nous donner quelques exemples de conception "de base" dans le QDa ?

Nous avons déposé de nombreuses demandes de brevet pour des inventions liées à l'ACQUITY QDa - et pas le type de brevets que nous avons historiquement déposés (qui ont tendance à être axés sur la performance - de nouvelles façons de manipuler les ions, d'obtenir plus de sensibilité, etc.)

La sonde d'électrospray en est un bon exemple : l'utilisateur devra certainement interagir avec elle à un moment ou à un autre, car les capillaires qu'elle contient peuvent se boucher ou se détériorer avec le temps. Nous voulions que l'entretien soit le moins pénible possible (le démontage d'une sonde classique et l'installation d'un nouveau capillaire requièrent un certain savoir-faire), ce qui nous a conduits à concevoir une sonde très différente.

La sonde est un composant tout-en-un, avec le capillaire déjà serti sur le tube PEEK qui sera connecté à la colonne ou au détecteur UV. Vous pouvez littéralement remplacer toute la sonde en quelques secondes au lieu de prendre jusqu'à une heure pour le faire. Et, ce qui est peut-être plus important, le processus est plus reproductible, ce qui garantit des performances constantes qui ne dépendent pas de l'aptitude de l'utilisateur. Une conception tout-en-un nous permet également de minimiser le volume mort - un autre avantage pour l'utilisateur.

Un autre aspect de la convivialité est la robustesse. Nous avons conçu le détecteur QDa pour qu'il soit utilisé jour après jour, peut-être par une personne qui n'a jamais travaillé en spectrométrie de masse. À cette fin, nous avons supposé que les utilisateurs n'étaient pas habitués à - ou n'aimaient tout simplement pas - nettoyer l'orifice ou le cône d'échantillonnage comme ils devraient le faire dans un système de spectrométrie de masse à électrospray typique.

Ainsi, au lieu d'avoir une très petite ouverture d'échantillonnage au sommet du cône d'échantillonnage, nous avons décidé de dissimuler l'ouverture dans un tunnel qui la protège des projections qui pourraient entraîner des problèmes de charge au fil du temps. Toujours dans un souci de rentabilité, nous avons conçu une solution peu coûteuse et si facile à remplacer qu'un novice peut le faire en toute confiance.

Le composant est effectivement jetable ; lorsqu'il devient sale ou obstrué, vous purgez l'instrument, jetez l'orifice à la poubelle et insérez un nouveau. Et comme le volume de pompage de l'ACQUITY QDa est très faible, vous pouvez être de nouveau opérationnel en dix minutes.

Pour en revenir à la source d'électrospray, en spectrométrie de masse traditionnelle, nous disposons d'une flexibilité presque infinie - nous pouvons déplacer la sonde de haut en bas, de gauche à droite, nous pouvons déplacer le capillaire à l'intérieur de la sonde, nous pouvons modifier le flux de gaz, la température, les tensions d'entrée. Toutes ces variables nous permettent d'optimiser les performances pour un besoin analytique donné, mais elles ajoutent également un grand degré de complexité.

Dans l'ACQUITY QDa, nous avons réduit la complexité (et donc la flexibilité) en concevant une géométrie entièrement pré-optimisée avec des débits de gaz fixes, etc. Le résultat : ça marche tout simplement.

De nombreuses autres solutions et innovations techniques ont été mises en œuvre au cours du développement afin d'obtenir la simplicité et l'encombrement du détecteur QDa.

Il est clair qu'il y a eu beaucoup d'innovations matérielles, mais qu'en est-il des logiciels ?

Nous avons appliqué les mêmes règles au logiciel - nous voulions maximiser la convivialité et créer quelque chose qui sera familier aux chromatographes. À cette fin, nous avons verrouillé certains paramètres et automatisé des tâches complexes. Mais il se passe beaucoup de choses en coulisses, avec de nombreux paramètres avancés (mais peu utilisés) cachés et réglés sur des valeurs par défaut optimales.

Nous avons également examiné de très près les interfaces logicielles que nous avions mises en place pour d'autres détecteurs LC, et nous avons essayé du mieux que nous pouvions d'utiliser le même langage et la même terminologie. Nous voulions que l'interaction avec le QDa d'ACQUITY soit très familière aux chromatographes venant d'un environnement de détecteur UV ou PDA.

Les personnes impliquées étaient-elles aussi passionnées par le projet que vous ?

C'était l'un de ces grands moments où nous avons eu beaucoup d'adhésion - tout le monde a compris le concept et s'est concentré sur sa réalisation. C'était vraiment un énorme travail d'équipe - il a fallu les efforts de centaines de personnes pour faire de l'ACQUITY QDa une réalité. Sans leur passion et leur détermination, je ne pense pas que nous aurions pu atteindre notre objectif : créer un détecteur de masse extrêmement convivial, offrant des performances appropriées au bon prix, et dans un format qui s'intègre dans une pile HPLC ordinaire.

Pourquoi a-t-il fallu attendre si longtemps pour disposer d'un détecteur de masse tel que le QDa d'ACQUITY ?

Je pense qu'il y a eu plusieurs tentatives auparavant, mais elles se sont probablement éloignées du concept initial et de l'objectif principal. Parfois, il semble plus sûr de couvrir ses paris et de se retrouver avec un produit qui est trop éloigné de la mission initiale. Nous avons été assez courageux pour maintenir la clarté de notre vision originale jusqu'à la production - et je suppose que c'est assez inhabituel dans un secteur obsédé par la performance.

En choisissant plutôt de nous concentrer sur la facilité d'utilisation, la taille et le coût - et en acceptant que certains clients n'aient pas besoin des plus hauts niveaux de sensibilité ou de la gamme de masse la plus large possible - nous avons réussi là où d'autres ont échoué, en ouvrant la détection de masse à un nouveau public.

Le développement du QDa d'ACQUITY - et la réponse qu'il a reçue (à la fois en interne et en externe) - nous a enhardi ; nous réalisons maintenant que la facilité d'utilisation ultime est quelque chose qui est vraiment apprécié.

Nous avons reconnu que nous pouvions évoluer avec succès dans une nouvelle direction d'innovation et je suis sûr que cela se reflétera dans les produits que nous commercialiserons à l'avenir.

Waters a toujours été motivé par la performance (et nous nous considérons comme en avance sur la courbe technologique du marché). Désormais, nous serons également motivés par la nécessité d'offrir une expérience complète à nos clients.

L'ACQUITY QDa est en fait notre produit de spectrométrie de masse le plus vendu - mais de nombreux utilisateurs le considèrent simplement comme un autre détecteur, ce que je trouve fantastique. Cela signifie que nous avons réussi !

Nous n'avons jamais voulu supplanter la détection par UV, qui reste une référence pour de nombreuses choses, mais nous avons plutôt voulu compléter les UV avec des informations supplémentaires précieuses qui étaient auparavant hors de portée.

Être témoin de l'adoption de QDa et voir les clients bénéficier de ce que nous avons réalisé est extrêmement satisfaisant.

Les produits perturbateurs ont tendance à susciter des applications surprenantes. Avez-vous remarqué quelque chose ?

Au début et tout au long du développement, nous avons carrément orienté l'ACQUITY QDa vers les chromatographes (liquides) - et donc oui, certaines applications ont été inattendues et aussi très intéressantes.

Par exemple, nous avons entendu parler de détecteurs QDa qui se déplacent sur des chariots de laboratoire pour amener l'analyse à l'échantillon - d'autres sont utilisés dans des hottes de fumées pour surveiller les réactions. Et nous en avons littéralement mis un dans un sac à dos et l'avons transporté au sommet d'une montagne pour effectuer des analyses avec une sonde prototype spéciale.

Nombre de ces applications passionnantes sont des analyses directes au point d'utilisation qui tirent simplement parti de la possibilité de faire quelque chose de nouveau. Et cela est peut-être plus satisfaisant que tout le reste.

Ce contenu a été initialement produit et publié par The Analytical Scientist pour Waters : Mass Data Made Simple.

Plus d'informations :

• Mission impossible rendue possible : Comment Waters a mis la détection de masse à la portée des masses avec le détecteur ACQUITY QDa(Labmate Online)
• Découvrez comment le QDa d'ACQUITY peut faire de vous le héros de votre laboratoire d'analyse.
• Livre blanc : Changer le paysage de la détection de masse dans le laboratoire de chromatographie
• Livre blanc : Intégration transparente de la détection de masse dans le flux de travail de la chromatographie UV
• Les données de masse rendues simples, The Analytical Scientist (janvier 2017).