Wodór: Gaz nośny alternatywny dla helu
Wprowadzenie
Gaz nośny do chromatografii gazowej (GC) powinien być gazem obojętnym, który nie reaguje ze składnikiem próbki. Jego główną rolą jest transport odparowanych cząsteczek substancji rozpuszczonej przez kolumnę. Wybór gazu nośnego i wykorzystywana przez niego prędkość liniowa wpływają zarówno na rozdzielczość, jak i czasy retencji.
Nitrogen, wodór i hel to najczęściej używane gazy przez współczesnych chromatografów. Każdy z nich ma wyjątkowe zalety i wady. Azot wykazuje najlepszą wydajność, ale w niskim i wąskim zakresie prędkości liniowej. W związku z tym jest bardzo powolny jako gaz nośny i nie jest dobrym wyborem do stosowania w zaprogramowanej temperaturze. Wodór zapewnia najszybszy czas analizy w szerokim zakresie prędkości liniowej. Należy jednak wziąć pod uwagę kwestie bezpieczeństwa. Hel jest kompromisem pomiędzy azotem i wodorem pod względem wydajności i czasu analizy. Przyjrzyjmy się i porównajmy zalety stosowania wodoru w porównaniu z helem.
Zalety wodoru jako gazu nośnego: prędkość 1
Teoria Golaya dla otwartych kolumn rurowych przewiduje, że optymalna prędkość gazu jest proporcjonalna do dyfuzyjności. Wodór ma wyższą dyfuzyjność niż hel, a zatem jego optymalna prędkość liniowa jest wyższa i może być stosowany przy wyższym natężeniu przepływu bez negatywnego wpływu na wydajność. W szczególności, w warunkach analizy izotermicznej, typowa prędkość liniowa wodoru wynosi 40 cm/s, co stanowi dwukrotność optymalnej prędkości liniowej helu wynoszącej 20 cm/s. W związku z tym można oczekiwać, że samo przejście na gaz nośny wodór, nawet przy zachowaniu stałych wymiarów kolumny i warunków pieca, skróci czas analizy.
Rysunki 1 i 2 ilustrują tę zaletę wodoru przy rozdzielaniu 16 powszechnie analizowanych wielopierścieniowych węglowodorów aromatycznych. Analizę przeprowadzono na kolumnie Equity®-5 o wymiarach 15 m x 0,10 mm i średnicy wewnętrznej 0,10 μm. Zastosowano szybkie tempo programowania temperatury, aby skrócić czas pracy do mniej niż 12 minut przy użyciu helu przy jego optymalnej prędkości liniowej. Przejście na gaz nośny wodór (przy optymalnej prędkości liniowej) w tych samych warunkach spowodowało skrócenie czasu pracy o 25%.
Rysunek 1.Hel (28083-U)
Rysunek 2.Wodór (28083-U)
Korzyści z zastosowania wodoru jako gazu nośnego: prędkość 2
Co zrobić, jeśli gaz nośny jest używany z większą niż optymalna prędkością liniową w celu skrócenia czasu analizy? Wodór, posiadający bardziej płaską krzywą Golaya, może być eksploatowany w szerokim zakresie prędkości liniowych przy zachowaniu niskiej wysokości równoważnej płytce teoretycznej (HETP). Pozwala to na użycie prędkości liniowej wyższej niż optymalna przy niewielkim spadku wydajności, co skutkuje krótszymi czasami analizy.
Korzyści wodoru jako gazu nośnego: Koszt 1
Niedobór helu zaczął się pojawiać w 2006 roku. Hel musi być wydobywany z ziemi, a następnie rafinowany. Jednak nie ma wystarczającej liczby rafinerii, aby nadążyć za zwiększonym popytem, takim jak zastosowania w medycynie, nauce i przemyśle. W rezultacie hel staje się rzadkim towarem o rosnących cenach. Wodór nie odnotował drastycznego wzrostu cen, ponieważ jego produkcja nie zależy od tych samych czynników.
Korzyści wodoru jako gazu nośnego: Koszt 2/Bezpieczeństwo
Ponieważ generatory helu nie są dostępne, można go uzyskać tylko w drogich butlach. Wodór jest również dostępny w butlach, ale może być również wytwarzany na żądanie na miejscu za pomocą generatora gazu. Oprócz tego, że jest to znacznie bardziej rozsądne źródło gazu z punktu widzenia kosztów, generatory są bezpieczniejsze, bardziej estetyczne, zajmują mniej miejsca i nie wymagają pracy potrzebnej do przenoszenia nieporęcznych butli po laboratorium. Bezpieczeństwo generatora wodoru w porównaniu z butlą wynika z faktu, że minimalna objętość wodoru jest przechowywana pod stosunkowo niskim ciśnieniem.
Wnioski
Wodór ma kilka cech (wyższa optymalna prędkość liniowa i bardziej płaska krzywa Golaya), które skutkują pożądanymi korzyściami (skrócenie czasu analizy) w porównaniu z innymi gazami nośnymi do GC. Przy pracy z optymalną prędkością liniową wodór zapewnia krótszy czas analizy. Ponieważ wodór ma najbardziej płaską krzywą Golaya, GC może pracować z jeszcze większą prędkością liniową bez znaczącej utraty wydajności. Tak długo, jak stosowane są odpowiednie środki kontroli bezpieczeństwa, wodór, ze swoim szerokim zakresem roboczym, może być bardziej odpowiednim wyborem gazu nośnego dla kapilarnej GC.
Referencje
Zaloguj się lub utwórz konto, aby kontynuować.
Nie masz konta użytkownika?