Caracterització de sistemes de cromatografia de líquids d’interacció hidròfila

Abstract

[cat] La cromatografia de líquids d’interacció hidròfila (HILIC) està esdevenint cada vegada més popular per a la separació de soluts polars i iònics en l’anàlisi de mostres d'interès biològic, mediambiental i farmacèutic. Aquest tipus de soluts no es troben suficientment retinguts en cromatografia de líquids en fase invertida (RPLC) i en cromatografia de líquids en fase normal (NPLC) solen presentar una baixa solubilitat en la fase mòbil. HILIC utilitza una fase mòbil que consisteix en una mescla d’aigua amb un solvent orgànic miscible, generalment acetonitril, permetent la retenció i separació d’aquet tipus de soluts. La retenció en HILIC és generalment atribuïda a la partició dels soluts entre la fase mòbil i unes capes de transició enriquides en aigua adsorbides sobre la fase enllaçada i/o el suport cromatogràfic, que actuen com a fase estacionària. Tot i això, els mecanismes de retenció són molt complexos i encara es troben en fase d’estudi. A l’hora de caracteritzar sistemes cromatogràfics i modelar la seva retenció, la determinació precisa del volum de demora és crucial però es complica a causa de la presència d’aquestes capes de transició de volum variable. S’ha aplicat el mètode de les sèries homòlogues per determinar el volum de demora, especialment adequat per a HILIC. A més, s’ha observat que soluts amb un alt volum molecular, baixa dipolaritat i poca capacitat de formar ponts d’hidrogen també poden servir per aquest propòsit. Per aprofundir en el comportament cromatogràfic de sistemes HILIC, s’ha proposat una metodologia per estimar els diferents volums de solvent a l’interior de la columna. La fase enllaçada influeix en la formació de les capes de transició, les quals depenen del contingut d’aigua de l’eluent. Les columnes HILIC poden exhibir comportament HILIC, RPLC o mixt segons la composició de la fase mòbil. La combinació de mètodes picnomètrics i retenció de sèries homòlogues ha permès estimar el volum i la composició mitjana de les capes de transició. El model de paràmetres de solvatació d’Abraham s’ha utilitzat per caracteritzar sistemes RPLC i HILIC, destacant la basicitat per ponts d’hidrogen i el volum molecular com a propietats rellevants. Tot i això, l’impacte en la retenció ha estat justament l’oposat. Un nou mètode de caracterització, basat en la selectivitat de parelles de soluts, s’ha desenvolupat a partir del model proposat per Abraham, oferint eficiència i sostenibilitat ambiental. Aquest mètode redueix el nombre de mesures convertint-lo en un mètode més eficient, sostenible i respectuós amb el medi ambient. Finalment, mitjançant la teoria del medi efectiu, s’ha analitzat la distribució dels diferents volums de solvent a l’interior dels mesoporus de les partícules de sílice i el seu efecte en la difusió dels soluts en sistemes HILIC. S’ha observat que tant la difusió molecular com l’efectiva depenen de la viscositat de la fase mòbil, especialment del seu contingut d’aigua. La difusió intrapartícula és mínima quan el gruix de les capes de transició és màxim, posant de manifest el poder d’elució de l’aigua en sistemes HILIC.

[eng] Hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) has emerged as a valuable technique for separating polar and ionic solutes in biological, environmental, and pharmaceutical sample analyses. It addresses challenges faced by these solutes in reversed-phase liquid chromatography (RPLC) and normal-phase liquid chromatography (NPLC), providing proper retention without sacrificing solubility. HILIC utilizes a polar bonded phase similar to NPLC, combined with a mobile phase resembling RPL, comprising water and a high-content organic solvent like acetonitrile. This unique combination facilitates the retention and separation of polar and ionic solutes. The retention mechanisms in HILIC involve partitioning between the mobile phase and water-rich transition layers adsorbed onto the bonded phase or chromatographic support. Determining the retention factor accurately is crucial for system characterization and retention modeling. Estimating hold-up volume in HILIC poses challenges due to variable water-rich transition layers, but the homologous series approach proves most accurate. Solutes with specific properties can also serve as effective hold-up volume markers. To delve into HILIC system behavior, a methodology estimating different solvent volumes within the column has been proposed. The role of the bonded phase in forming water-rich transition layers has been assessed, showing a dependence on eluent water content. HILIC columns can exhibit varied behaviors (HILIC, RPLC, or mixed) based on eluent composition. Pycnometric methods combined with retention data estimate the volume and mean composition of water-rich transition layers acting as the stationary phase. Several RPLC and HILIC systems has been characterized by means of the Abraham’s solvation parameter model, highlighting hydrogen bond basicity and molecular volume as key solute properties influencing retention across modes. A new characterization method based on this model, focusing on solute pair selectivity, has been developed significantly reducing the number of injections and enhancing efficiency and sustainability. Effective medium theory has been applied to analyze solvent volume distribution within silica particle mesopores during HILIC. Results emphasize the impact of mobile phase viscosity, especially water content, on effective and molecular diffusion. Minimal intraparticle diffusion occurs with maximum water-rich transition layer thickness, underscoring water's elution potency in HILIC systems.