Study of molecular interactions in liquid chromatography  Page description

Help  Print 
Back »

 

Details of project

 
Identifier
106044
Type K
Principal investigator Felinger, Attila
Title in Hungarian A folyadékkromatográfia molekuláris kölcsönhatásainak vizsgálata
Title in English Study of molecular interactions in liquid chromatography
Keywords in Hungarian folyadékkromatográfia, elválasztástudomány, adszorpció, megoszlás
Keywords in English liquid chromatography, separation science, adsorption, partition
Discipline
Analytical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Ortelius classification: Instrumental analysis
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Analitical Chemistry and Environmental Chemistry (University of Pécs)
Participants Bacskay, Ivett Orsolya
Boros, Borbála
Kilár, Anikó Gyöngyvér
Kilár, Ferenc
Kiss, Ibolya
Lambert, Nándor
Prauda, Ibolya
Sepsey, Annamária
Simon, József
Vajda, Martina
Vajda, Péter
Starting date 2013-01-01
Closing date 2017-12-31
Funding (in million HUF) 40.896
FTE (full time equivalent) 16.19
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.

Az elválasztási folyamatok részleteinek megértéséhez nagy fontosságú a kromatográfiás oszlopban lejátszódó fizikai-kémiai folyamatok feltárása, megértése, hiszen azok alapvetően befolyásolják a retenciót, a szelektivitást, illetve a csúcsok aszimmetriáját és szélesedését, és így az elválasztás hatékonyságát.
Az elmúlt években számos új HPLC állófázis jelent meg. Elterjedőben van a héjszerkezetű, a 2 mikrométernél kisebb átmérőjű, és szilikagél alapú, második generációs monolit oszlopok használata.
A fordított fázisú folyadékkromatográfia mellett előretör a hidrofil kölcsönhatású folyadékkromatográfia (HILIC) alkalmazása. A poláris jellegű vegyületek elválasztása területén a HILIC mára már kiszorította a normál fázisú folyadékkromatográfiát.
Az elválasztandó molekulák kromatográfiás viselkedésének jellemzése az elválasztási folyamatban a nemlineáris egyensúlyi izotermák meghatározása alapján ismerhető meg. Ennélfogva a kromatográfiás állófázis és az oszlopra juttatott minta molekulái közötti kölcsönhatást a leggyakrabban az oszlop túlterhelésével jellemezhetjük.
A kromatográfiás állófázisok sok esetben heterogének és kis mennyiségben tartalmaznak erős kötőhelyeket. Ezek jellemzése célszerűbb lineáris kromatográfiával, megfelelő retenciós modellt felhasználva.
Kutatásunk célja az, hogy a nemlineáris és a lineáris kromatográfia módszereivel jellemezzük a molekuláris kölcsönhatásokat, apoláris és poláris állófázisok alkalmazásakor egyaránt.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.

A környezeti, biológiai, és egyéb eredetű analitikai minták rendkívül összetettek, sok komponenst tartalmaznak. Ezen minták analitikai vizsgálatai során olyan elválasztási rendszerekre van szükség, amelyek nagy hatékonyságot, nagy csúcskapacitást biztosítanak. A modern folyadékkromatográfia gyakorlatában számos fázisrendszer, számos állófázis érhető el. Az ultrahatékonyságú folyadékkromatográfia elterjedése azt eredményezi, hogy 1000 bar feletti nyomáson, nagy hőmérsékleten, 2 mikrométernél kisebb átmérőjű tölteteken történik az elválasztás. Az alkalmazott HPLC oszlopok mérete is egyre kisebb. A korszerű, nagypontosságú készülékek használata, és a korábban extrémnek tekintett kísérleti körülmények alkalmazása lehetőséget ad arra, hogy az elválasztások során lejátszódó fizikai-kémiai folyamatokat, illetve azok hőmérséklet- és nyomásfüggését meghatározzuk.
Az anyagátadási folyamatok megismerése lehetővé teszi, hogy az elválasztandó vegyületek jellegét figyelembe véve könnyebben válasszuk ki az adott elválasztáshoz a megfelelő állófázist, töltettípust, és hogy optimalizáljuk a környezeti vagy biológiai minták elválasztását HPLC, illetve HPLC-MS módszerrel.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!

A HPLC területén az oszloptechnológia rohamosan fejlődik. A HPLC oszlopban lejátszódó molekuláris folyamatok jobb megértése (áramlási profil, anyagátadási folyamatok, axiális diszperzió, pórusdiffúzió, felületi diffúzió adszorpció, deszorpció, megoszlás) fontos ismeretet nyújt az oszloptechnológia további fejlődése tekintetében.
A poláris állófázisok és poláris (vízben gazdag) mozgófázisok használata olyan HPLC módszereket kínál, ahol kevesebb szerves oldószer fogy, és így „zöldebb” kromatográfiás elválasztáshoz jutunk. Ezért fontos megvizsgálni, hogy a különböző HILIC és a vízben gazdag oldószerrel végzett folyadékkromatográfia hogyan egészíthetik ki egymást, és ezzel hogyan csökkenthető az elválasztás „szénlábnyoma.”
PhD hallgatók és fiatal kutatók tudományos fokozatuk megszerzésén dolgoznak a javasolt kutatási feladaton.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.

A kémiai elemzési eljárások között kiemelkedő az elválasztástechnikai módszerek és ezen belül a folyadékkromatográfia jelentősége. A különféle kémiai, környezettudományi, élelmiszertudományi, klinikai, gyógyszeripari, és egyéb laboratóriumokban több vizsgálatot végeznek valamilyen elválasztástechnikai módszerrel, mint a kémiai elemzés többi módszerével együttvéve.
Az adott elválasztási feladathoz optimális kísérleti körülmények meghatározásához, az ideális fázisrendszer kiválasztásához elengedhetetlen a kromatográfiás oszlopban lejátszódó fizikai-kémiai folyamatok feltárása, megértése, hiszen azok alapvetően befolyásolják a retenciót, a szelektivitást, az elválasztás minőségét és hatékonyságát.
Kutatómunkánk célja, hogy az állófázis és a mozgófázis, illetve a minta között jelentkező kölcsönhatásokat és az elválasztás során lejátszódó folyamatokat megfelelő modellekkel jellemezzük. Az így nyert információt arra használjuk fel, hogy a vizsgálandó minták összetételének függvényében az ideális fázisrendszert és kísérleti körülményeket találjuk meg, és ezek alapján optimalizált elválasztásokat végezzünk folyadékkromatográfia, illetve folyadékkromatográfia-tömegspektrometria alkalmazásakor.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.

To understand the fundamentals of the chromatographic processes, it is of utmost importance to study the physical-chemical phenomena taking place in a chromatographic column. They control the retention, the selectivity, as well as the asymmetry, the broadening of the peaks, hence the separation efficiency, too.
During the past years a number of novel HPLC stationary phases have been developed. The core-shell particles, the sub-2-micrometer fully porous particles, the second generation of silica based monoliths all represent novel innovations.
Besides reversed phase chromatography, the hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) is gaining popularity. By now it has taken the position of normal phase chromatography for the analysis of polar molecules.
The characterization of the behavior of analytes during their migration, and the determination of their nonlinear adsorption or partition isotherm will provide fundamental information to understand the nature of the recognition mechanisms. In chromatography, the overloading of the column is most often used to investigate the chromatographic process. However, when the stationary phase contains high energy adsorption sites in low abundance, linear chromatography can offer a better characterization of the underlying phenomena.
The objective of our study is to combine the tools of nonlinear and linear chromatography to characterize the molecular interactions in liquid phase separations.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.

The environmental, biological, and other samples are extremely complex and contain a large number of components. The analysis of those samples calls for separation systems with high efficiency and high peak capacity. In the practice of modern liquid chromatography, a good number of phase systems, stationary phases are available. The use of ultra-performance liquid chromatography results in pressures over 1000 bars, high temperature, sub-2-micrometer particles. The size of the HPLC columns is also getting smaller. The modern, high-precision equipment, the use of experimental conditions that were previously considered as extreme allow the determination of the physical-chemical processes taking place during the separation.

The better understanding of the mass transfer processes makes it possible that – taking into account the nature of compounds to be separated – one can select the proper separation phase or packing material, and can optimize the separation of environmental and biological samples by HPLC or HPLC-MS method.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.

HPLC column technology is rapidly developing. The better understanding of the molecular processes (flow profile, mass transfer, axial dispersion, pore diffusion, surface diffusion, adsorption, desorption, partition) taking place in the HPLC column provide information essential for the further development of column technology.

The use of polar stationary and polar (water rich) mobile phases offers an HPLC method where less organic solvent is used and thus a greener chromatographic method is obtained. Therefore it is important to study how HILIC and per aqueous liquid chromatography can complement each other, and how the carbon footprint of the separation can be lessened by per aqueous liquid chromatography.

PhD students and young scientist will work towards their degrees on the proposed research work.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.

Among the methods of chemical analysis, separation techniques - and first of all liquid chromatography - are of utmost importance. In the various laboratories performing analysis in the field of chemistry, environmental, clinical, pharmaceutical, or food science, more analyses are carried out using chromatography than with the other methods of chemical analysis combined.
In order to find the optimum experimental conditions and the ideal phase system for a given separation task, one has to understand the physical chemical processes taking place in the separation column because they fundamentally affect the retention and selectivity, the separation efficiency and quality.

Our research aims to characterize with proper models the interactions occurring between the stationary and mobile phases, and the sample, furthermore the phenomena occurring during the separation processes. The resulting information is used to find the ideal phase system of the system and the optimum experimental conditions to optimize the separations with liquid chromatography and liquid chromatography-mass spectrometry.





 

Final report

 
Results in Hungarian
Célul tűztük ki a folyadékkromatográfiás elválasztási folyamatok részleteinek feltárását, hiszen azok alapvetően befolyásolják a retenciót, a szelektivitást, illetve a csúcsok alakját és szélesedését, ennélfogva az elválasztás hatékonyságát. Vizsgáltuk, hogy az elválasztás hatékonysága a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiában, illetve a szuperkritikusfluidum-kromatográfiában mennyiben hasonló, illetve különböző. Tanulmányoztuk makrociklusos vegyületek megkötődési mechanizmusát, illetve a héjszerkezetű állófázisok alkalmazhatóságát preparatív kromatográfiában. Tanulmányoztuk, hogy az elválasztás hatékonysága a nagyhatékonyságú folyadékkromatográfiában milyen mértékben függ a töltetágy heterogenitásától. Vizsgáltuk a makrociklusos vegyületek megkötődési mechanizmusát, az enantiomerizációnak az elválasztásra gyakorolt hatását, illetve új adatfeldolgozási, kiértékelési módszereket vezettünk be. Meghatároztuk, hogy az állófázis heterogenitása milyen hatással van a többrétegű adszorpcióra. Tanulmányoztuk, hogy hidrofil kölcsönhatású folyadékkromatográfiában milyen mértékű a víz adszorpciója, illetve a kromatográfiás hatékonyság alakulását vizsgáltuk alterációs analízissel. Vizsgáltuk, hogy az ultrahatékonyságú folyadékkromatográfiában a súrlódási hő hatása milyen módon küszöbölhető ki. Tanulmányoztuk a szupramolekuláris kölcsönhatások kialakulásának nyomásfüggését. Kidolgoztunk egy modellt az enantiomerek elválasztása során fellépő racemizáció megértésére és jellemzésére.
Results in English
We have studied of the adsorption and partition phenomena in liquid chromatography and characterized the solvent and solute adsorption in porous media. We extended the stochastic theory of size exclusion chromatography to wide pore size distributions and used a theoretical model for the determination of pore size distributions of HPLC stationary phases. We studied the adsorption and partition phenomena in liquid chromatography, via the characterization of mass transfer and adsorption in porous media. We determined the influence of the data acquisition parameters on the quality of the analytical signal. We carried out the kinetic and chemical characterization of modern stationary phases for fast liquid chromatography. We compared the kinetic performance of different columns for fast liquid chromatography, emphasizing the contributions of column end structure. We investigated of retention mechanism of resorcinarene based cavitands by linear and nonlinear chromatography. We introduced the 2-D correlation analysis of chromatographic data, and the correlation analysis on 3D data using the novel alteration analysis.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=106044
Decision
Yes





 

List of publications

 
Péter Vajda, Attila Felinger: Multilayer adsorption on fractal surfaces, Journal of Chromatography A, 1324, 121– 127, 2014
Annamária Sepsey, Ivett Bacskay, Attila Felinger: Molecular theory of size exclusion chromatography for widepore size distributions, Journal of Chromatography A, 2014
Péter Vajda, Attila Felinger: Multilayer adsorption on fractal surfaces, Journal of Chromatography A, 1324, 121–127, 2014
Annamária Sepsey, Ivett Bacskay, Attila Felinger: Molecular theory of size exclusion chromatography for widepore size distributions, Journal of Chromatography A, 1331, 52–60, 2014
Ivett Bacskay, Annamária Sepsey, Attila Felinger: Determination of the pore size distribution of high-performance liquid chromatography stationary phases via inverse size exclusion chromatography, Journal of Chromatography A, 1339, 110–117, 2014
Ivett Bacskay, Annamária Sepsey, Attila Felinger: The pore size distribution of the first and the second generation of silica monolithic stationary phases, Journal of Chromatography A, 1359, 112–116, 2014
Annamária Sepsey, Ivett Bacskay, Attila Felinger: Polydispersity in size-exclusion chromatography: A stochastic approach, Journal of Chromatography A, 1365, 156–163, 2014
Nándor Lambert, Ibolya Kiss, Attila Felinger: Mass-transfer properties of insulin on core–shell and fully porous stationary phases, Journal of Chromatography A, 1366, 84–91, 2014
Attila Felinger, Anikó Kilár, Borbála Boros: The myth of data acquisition rate, Analytica Chimica Acta 854, 178–182, 2015
József Simon, Attila Felinger: Two-dimensional correlation analysis of the reproducibility of high-performance liquid chromatography columns, Journal of Chromatography A 1384, 115-123, 2015
Nándor Lambert, Attila Felinger: Performance of the same column in supercritical fluid chromatography and in liquid chromatography, JOURNAL OF CHROMATOGRAPHY A 1409, 234-240, 2015
Krisztián Horváth, Attila Felinger: Influence of Particle Size and Shell Thickness of Core-Shell Packing Materials on Optimum Experimental Conditions in Preparative Chromatography, Journal of Chromatography A 1407, 100-105, 2015
Endre Bartó, Ibolya Prauda, Ferenc Kilár, Ibolya Kiss, Attila Felinger: Retention behavior of resorcinarene-based cavitands on C8 and C18 stationary phases, Journal of Separation Science 38, 2975-2982, 2015
Endre Bartó, Ibolya Prauda, Ferenc Kilár, Ibolya Kiss, Attila Felinger: Investigation of retention mechanism of resorcinarene based cavitands by linear and nonlinear chromatography, Journal of Chromatography A, 1456, 152–161, 2016, 2016
Luisa Pasti, Nicola Marchetti, Roberta Guzzinati, Martina Catani, Valentina Bosi, Francesco Dondi, Annamária Sepsey, Attila Felinger, Alberto Cavazzini: Microscopic models of liquid chromatography: From ensembleaveraged information to resolution of fundamental viewpoint at single-molecule level, Trends in Analytical Chemistry, 81, 63–68, 2016, 2016
József Simon, AttilaFelinger: Correlation analysis on 3D data – Introducing the alteration analysis, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 158, 54–60, 2016, 2016
Nándor Lambert, Shota Miyazaki, Masayoshi Ohira, Nobuo Tanaka, Attila Felinger: Comparison of the kinetic performance of different columns for fastliquid chromatography, emphasizing the contributions of column endstructure, Journal of Chromatography A, 1473, 99–108, 2016, 2016
Endre Bartó, Attila Felinger, Pavel Jandera: Investigation of the temperature dependence of water adsorption on silica-based stationary phases in hydrophilic interaction liquid chromatography, Journal of Chromatography A, 1489 (2017) 143–148, 2017
Krisztián Horváth, Péter Vajda, Attila Felinger: Multilayer adsorption in liquid chromatography – The surface heterogeneity below an adsorbed multilayer, Journal of Chromatography A, 1505 (2017) 50–55, 2017
József Simon, Attila Felinger: Exploring the changes in a series of measurements – The comparison of the two-dimensional correlation analysis and the alteration analysis, Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems 168 (2017) 28–37, 2017
Ibolya Prauda, Endre Bartó, Attila Felinger: Influence of pressure on the retention of resorcinarene-based cavitands, Journal of Chromatography A, 1535 (2018) 123–128, 2018





 

Events of the project

 
2016-09-22 10:49:28
Résztvevők változása
2014-07-14 17:45:54
Résztvevők változása
2013-09-06 14:37:09
Résztvevők változása
2012-12-18 13:42:47
Résztvevők változása




Back »