UPLC 입문자 가이드

이 입문서에 설명된 크로마토그래피 원리와 적용되는 방식을 이해하면, 분리 성능을 최대화하기 위해 작은 입자와 높은 압력 이상을 고려해야 한다는 것이 분명합니다. Sub 2µm 입자 컬럼에서 크로마토그래피의 이점을 얻기 위해서는, 더 작은 입자로 인해 생성되는 압력을 수용하고 띠 넓어짐을 최소화하도록 특별히 설계된 기기에서 이러한 컬럼을 실행해야 합니다. 이러한 목표는 기존 HPLC 시스템으로는 달성할 수 없습니다.

ACQUITY UltraPerformance LC 시스템은 기기와 컬럼 설계의 모든 측면을 고려하여 크로마토그래피 분리의 성능 및 분석 데이터 품질을 향상시키는 종합적으로 설계된 솔루션입니다.

이제 UPLC 분리의 핵심은 sub 2µm 입자 컬럼의 성능을 완전히 실현하고 활용할 수 있도록 하는 기기와 컬럼 성능의 조합이라는 것이 분명해졌습니다. 컬럼 내부[컬럼 내]와 컬럼 외부[컬럼 외]의 띠 넓어짐을 최소화하고 이러한 작은 입자 컬럼에 대한 최적의 선속도[및 압력]에서 작동할 수 있을 때 가능한 목표입니다[그림 51].

최대화된 분리능

분리능 최대화를 위해 UPLC 기술을 활용하여 높은 온도와 압력하에 작은 입자를 사용하는 초고효율 분리를 실행할 수 있습니다.

그림 52A는 90°C에서 4만 개 이하의 플레이트를 생성하는 길이 1.7μm의 UPLC 컬럼입니다. 2번째 컬럼을 직렬로 추가하면 길이가 300mm가 되어 플레이트 수는 8만 3천 개로 늘어납니다[그림 52B]. ACQUITY UPLC 시스템의 전체 압력 범위는 직렬로 3번째 컬럼을 추가하여 1.7μm 입자로 채워진 450mm 길이의 UPLC 컬럼을 활용할 수 있습니다. 그림 52C에서 관측한 바와 같이, 단 8분 만에 12만 1천 개의 플레이트의 효율성이 달성됩니다.

또한 동일한 로직을 사용하여 그래디언트 분리능을 증가시킬 수 있습니다. 이 예시에서는 길이가 150mm인 1.7μm UPLC 컬럼 2개[총 길이 300mm]를 직렬로 연결하여 대사물 식별을 위한 정보를 대폭 개선했습니다[그림 53]. 1시간의 실행 시간 내에 1,000개 이상의 피크 용량을 얻었습니다. 소변 샘플을 완전히 특성화하는 기능은 후보 의약품의 대사물 식별, 독성 표지자 검출 및 식별, 치료 약물 모니터링 과정에성의 독소 검출을 가능하게 해줍니다. 이 경우 분리능, 즉 질량 스펙트럼 품질이 극적으로 향상되어 데이터 분석이 단순해지고 검출 한계가 개선되며 분석 신뢰도가 높아집니다.

HPLC와 UPLC의 분리를 위한 단일 시스템

ACQUITY UPLC 시스템은 정보의 품질을 유지하거나 개선하는 동시에 제품을 업계에 더 빨리 제공하고자 하는 조직의 당면 과제를 해결하기 위해 설계되었습니다. 2004년 이후 수많은 조직에서는 UPLC 기술을 일상 분석 플랫폼으로 채택하여 기존의 HPLC를 대체하고 있습니다.

새로운 기술을 채택할 때는 기존과 미래의 수요를 충족할 수 있는 능력을 고려하는 것이 중요합니다. UPLC 기술을 활용할 경우 sub 2µm 컬럼을 최적으로 실행할 수 있는 용량과 기존 HPLC 분석법을 실행할 수 있는 완건성과 견고성을 갖춘 단일 시스템을 활용하여 미래에 투자할 수 있습니다. 이는 단일 기술 플랫폼을 분리에 대한 요구에 독립적으로 활용할 수 있다는 것을 의미하며, 따라서 사이트 간 분석법 전환을 단순화함으로써 생산성 향상을 촉진합니다.

그림 54는 ACQUITY UPLC 시스템을 표준 HPLC로 실행하는 기능을 보여줍니다. 이는 기존 HPLC 시스템[그림 54A] 및 ACQUITY UPLC 시스템[그림 54B]에서 Excedrin[시판 진통제] 실행을 위한 USP 분석법입니다. 크로마토그래피 분석법, 이동상, 샘플 및 컬럼을 단순히 한 기기에서 다른 기기로 이동했습니다. 최적의 시스템 설계 결과, 선택성 또는 상대적 머무름의 변화 없이 ACQUITY UPLC 시스템에서 동일한 분석에 대해 더 높은 효율성과 감도가 관찰됩니다.

결론

이 기술 입문서는 UPLC 기술의 기반이 되는 크로마토그래피 원리에 대한 기본적인 이해를 돕기 위해 작성되었습니다. 이제 독자들은 띠 넓어짐에 대한 기기와 컬럼의 영향을 최소화함으로써 크로마토그래피 분리에서 달성할 수 있는 분리능, 감도 및 속도의 상당한 개선에 대해 이해할 수 있을 것입니다. 띠 넓어짐을 최소화하는 것 외에도, 그러한 시스템은 작은 입자[sub 2µm] 컬럼에 대해 최적의 선속도[및 압력]로 작동할 수 있어야 합니다. ACQUITY UPLC 시스템은 분리 과학자의 현재와 미래의 요구를 충족시키기 위해 설계되었습니다.

이 입문서에 설명된 이론적 효율성과 분리능은 수십 년 전부터 예측되었습니다. 2004년, ACQUITY UPLC 시스템의 도입으로 이 이론은 상업적으로 활용 가능한 규모로 처음 실용화되어, 그 이후 전 세계의 수천 명의 분리 과학자들이 UPLC 기술과 해당 기술이 조직에 제공할 수 있는 실질적인 이점을 받아들이고 있습니다. ACQUITY UPLC 시스템을 통해 조직은 크로마토그래피 정보의 품질을 개선하고 정보를 수집하는 데 필요한 시간을 줄임으로써 회사의 자산을 보다 효과적으로 관리할 수 있습니다. 이를 통해 분석적 분리 실험실에 존재하는 많은 과제와 병목 현상을 극복함으로써 조직의 생산성을 높일 수 있습니다. 상당한 수준으로 소모성 비용 절감 효과를 제공하는 것 외에도, 더 짧은 시간에 신뢰도 높은 분리가 가능해졌으며 유기 용매 사용량도 크게 줄어 환경에 이점을 줍니다. 

흥미롭게도, 더 높은 압력에 대응하는 크로마토그래피 시스템의 중요성을 경시했던 대부분의 주요 기기 제조업체들은[안전성, 완건성, 샘플 호환성 등에 대한 우려] 현재 더 높은 압력을 허용하는 고유의 시스템을 개발함으로써 그러한 LC 플랫폼의 필요성을 입증했습니다. 이러한 시스템은 상당한 상쇄 효과[예: 낮은 압력 한계,큰 폭의 띠 넓어짐, 제한적인 검출 선택 등]도 가지고 있지만,크로마토그래피 성능 향상을 향한 이러한 명백한 추세는 분리 과학이 여전히 발전하고 있음을 보여줍니다.

추가 자료를 위한 참조:

1. U.D. Neue, “HPLC Columns: Theory, Technology, and Practice,” Wiley-VCH [1997]
2. J.C. Aresenault and P.D. McDonald, “Beginners Guide to Liquid Chromatography,” Waters [2009]
3. P.D. McDonald, “The Quest for Ultra Performance in Liquid Chromatography: Origins of UPLC Technology,” Waters [2009]
4. M.P. Balogh, “The Mass Spectrometry Primer,” Waters [2009]