Overall comparison of capillary zone electrophoresis, micellar electrokinetic chromatography and high performance liquid chromatography as techniques for a biomedical sample analysis using the RGB color model

Głównym celem niniejszej pracy była kompleksowa i ogólna ocena wybranych technik rozdzielczych tj. strefowej elektroforezy kapilarnej (CZE), micelarnej elektrokinetycznej chromatografii (MECK) i wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC), za pomocą wyspecjalizowanego narzędzia – analitycznego modelu barw RGB. Ocenę przeprowadzono w oparciu o trzy podstawowe atrybuty przypisane trzem kolorom podstawowym: efektywność analityczną (czerwony), bezpieczeństwo i przyjazność dla środowiska (zielony), oraz produktywność i efektywność praktyczną (niebieski). Dodatkowo, przeanalizowano wpływ modyfikacji wewnętrznej powierzchni kapilary na ocenę techniki CE, jak również oceniono potencjał modelu RGB jako narzędzia pomocniczego w kompleksowej ocenie i porównywaniu metod analitycznych.Zastosowano zróżnicowaną chemicznie próbkę modelową zawierającą anality o znaczeniu biomedycznym: apo-transferynę, paracetamol, nortryptylinę oraz kwas acetylosalicylowy. Jako kryteria oceny poszczególnych atrybutów wybrano: powtarzalność, liczbę półek teoretycznych i czułość metody – czerwony; liczbę odpadów, toksyczność odczynników, inne zagrożenia oraz energochłonność – zielony; czas analizy, koszt analizy, zużycie próbki, i „inne aspekty” – niebieski.Przeprowadzona ocena HPLC i klasycznej wersji CE pokazała, że są to techniki o odmiennej charakterystyce. Mocną stroną HPLC jest bardzo dobra powtarzalność i czułość, natomiast CE wysoka liczba półek teoretycznych, a także małe ilości generowanych odpadów i zużycie próbki. Wybór wyraźnie lepszej nie jest prosty, zależy od specyfiki planowanego zastosowania konkretnej metody. Modyfikacje CE w postaci dodatku surfaktantu (MEKC) oraz zastosowania powlekanej kapilary aminowej znacząco wpłynęły na ocenę techniki CE i przyczyniły się do poprawy następujących kryteriów: czułości, liczby półek teoretycznych, toksyczności odczynników oraz czasu analizy, a zatem, również do podniesienia ogólnego potencjału analitycznego metody.Zastosowanie modelu RGB umożliwiło porównanie poszczególnych parametrów i krytyczną ocenę całościową wybranych technik rozdzielczych w sposób transparentny. Stanowi to dowód na dużą użyteczność modelu jako pomocniczego narzędzia w projektowaniu, ocenianiu oraz porównywaniu metod analitycznych. Jednocześnie, otrzymane dane mogą ułatwiać wybór pomiędzy HPLC i różnymi odmianami CE pod kątem planowanego zastosowania metody.

The main purpose of this work was a comprehensive and general assessment of the selected separation techniques, i.e. capillary zone electrophoresis (CZE), micellar electrokinetic chromatography (MECK) and high performance liquid chromatography (HPLC), using a specialized tool - the analytical RGB color model. The assessment was based on the three basic attributes assigned to the three primary colors: analytical performance (red), safety / environmental friendliness (green), and productivity / practical efficiency (blue). In addition, the impact of modification of the inner surface of the capillary on the CE technique was analyzed, as well as the potential of the RGB model as an auxiliary tool in the global assessment and comparison of analytical methods.A chemically diverse model sample was used containing biomedical analytes: apo-transferrin, paracetamol, nortriptyline and acetylsalicylic acid. The following criteria were selected for the assessment of individual attributes: repeatability, theoretical plates number and sensitivity of the method – red; amount of waste, toxicity of reagents, other hazards and energy consumption – green; time of analysis, cost of analysis, sample consumption, and “other aspects” – blue.The evaluation of HPLC and the classic CE version showed that these are techniques with different characteristics. The strength of HPLC is very good repeatability and sensitivity, while CE a high number of theoretical plates, as well as small amounts of generated waste and sample consumption. Choosing clearly better is not easy, it depends on the specifics of the planned application of a particular method. The modifications of CE in the form of surfactant addition (MEKC) and use of a coated amine capillary significantly influenced the assessment of the CE technique and contributed to the improvement of the following criteria: sensitivity, number of theoretical plates, reagent toxicity and analysis time. Therefore, it has increased the overall analytical potential of the method. The use of the RGB model enabled the comparison of individual parameters and critical overall assessment of selected separation techniques in a transparent manner. This proves that the model is very useful as an auxiliary tool in designing, assessing and comparing analytical methods. At the same time, the data obtained may facilitate the choice between HPLC and different CE varieties for the intended use of the method.