Application of optimization methods to the 2D liquid chromatography

Abstract

Esta dissertação teve como principal objectivo a aplicação de metodologias quimiométricas de otimização em cromatografia líquida bidimensional abrangente (LC×LC) por forma a determinar as condições ótimas para a separação de amostras de vinho tinto português. Para este estudo, foi utilizada, na primeira dimensão, uma fase estacionária de modo misto de fase reversa/troca aniónica (Acclaim® Mixed-Mode WAX-1, denominação em inglês) e, na segunda dimensão, uma fase reversa de octadecilsílica (C18). O LC×LC foi acoplado a um detector de fotodíodos, a operar na gama de comprimentos de onda de 221 a 400 nm. O modo de eluição por gradiente foi adotado para ambas as dimensões cromatográficas. O planeamento experimental D-Optimal foi considerado o mais adequado para a otimização na primeira dimensão, tendo permitido identificar entre um conjunto de 6 variáveis experimentais (% MeoHi, [Buffer]i, ti, % MeOHf, [Buffer]f, and tf), quais as mais importantes que afetam a qualidade de separação cromatográfica, em termos unidimensionais, de uma amostra composta de vinhos tintos portugueses. A qualidade de separação cromatográfica foi avaliada utilizando uma função de resposta cromatográfica (CRF, sigla inglesa para “chromatographic response function”) previamente desenvolvida por Duarte & Duarte (2010) (DCRF), concluindo-se que as variáveis mais importantes são % MeOHi and % MeOHf. A otimização da separação na segunda dimensão foi efectuada utilizando já o sistema LC×LC, e recorrendo ao método Simplex para o estudo das duas variáveis mais importantes que afectam a eluição por gradiente numa coluna de fase reversa C18: % MeOHi and % MeOHf na fase móvel. A qualidade de separação cromatográfica bidimensional foi avaliada utilizando uma CRF previamente desenvolvida por Duarte et al. (2010) (DCRFf,2D). Nas condições ótimas estimadas para a aplicação da técnica de Mixed-Mode WAX-1×C18, para a separação de uma amostra representativa dos vinhos tintos portugueses seleccionados, foram registados 59 picos no espaço cromatográfico, em 150 minutos de tempo total de análise. Utilizando as condições de separação cromatográfica previamente otimizadas, efectuou-se a análise de 4 amostras de vinho tinto português a fim de se verificar a existência, para posterior comparação, de perfis cromatográficos diferentes.

The main objective of this work was the application of chemometrics to the optimization of comprehensive two-dimensional liquid chromatography (LC×LC) in order to find the optimal conditions for the separation of samples of Portuguese red wines. A column with a stationary phase mixed-mode reverse phase/anion exchange (Acclaim ® Mixed -Mode WAX -1) was used as the first dimension, and a reverse phase column of octadecylsilica (C18) was used as the second dimension. The LC×LC was coupled to a photodiode detector, operating in the wavelength range of 221-400 nm. A gradient elution mode was adopted for both chromatographic dimensions. The D-Optimal design was considered the most suitable for the optimization of separation in the first dimension (1D) and it allowed from a set of 6 experimental variables (% MeOHi, [Buffer]i, ti, % MeOHf, [Buffer]f, and tf) the identification of the most relevant for the quality of chromatographic separation of a composite sample of selected Portuguese red wines. The quality of the chromatographic separation was evaluated using a chromatographic response function (CRF), previously developed by Duarte and Duarte (2010) (DCRF). Thus, it was concluded that the most important variables affecting the separation of the sample in the first dimension are the % MeOHi, and % MeOHf. The optimization of separation in the second dimension (2D) was performed using now the LC×LC system, and using the Simplex method for the study of two most important variables affecting gradient elution on a reverse phase C18 column: starting and ending of the organic solvent (eg, methanol) concentration in the mobile phase. The quality of the two-dimensional chromatographic separation was evaluated using a CRF previously developed by Duarte et al. (2011) (DCRFf,2D). Under the optimum conditions for the separation of a composite sample of Portuguese red wines by the technique of Mixed -Mode WAX-1×C18, 59 peaks were recorded in 150 minutes of total analysis time. Using conditions previously optimized a chromatographic separation of 4 Portuguese wine samples was carried out in order to compare chromatographic profiles associated with different samples .