GCxGC - Dvourozměrná plynová chromatografie a analýza TPH/NEL

Pro analýzu komplexních vzorků, obsahující mnoho látek s izomerními strukturami, přináší velkou výhodu techniky dvourozměrné plynové chromatografie, které kombinují kombinuje separaci na dvou kolonách s odlišnou selektivitou. Příkladem takových vzorků jsou ropné produkty, těkavé profily vonných látek (flavour and fragrance), komplexní vzorky potravin apod.

Existují dva základní typy dvourozměrné GC:

• Heart cutting GC-GC: tato technika umožňuje "vyříznout" část efluentu z první kolony a nadávkovat jej na druhou kolonu. Typicky je separace v druhé dimenzi plnohodnotná chromatografie a stihneme tak z první kolony navzorkovat během analýzy jeden časový úsek na druhou kolonu

• Orthogonální (komprehensivní) plynová chromatografie (GCxGC): separován je celý vzorek jak na první tak na druhé koloně. Toho je dosaženo pomocí modulace efluentu z první kolony a periodického vnášení na druhou kolonu. Separační mechnismy by na sobě měly být nezávislé (např. těkavost a polarita) a separace již dosažená na první koloně by měla zůstat zachována.

Princip a technické provedení GCxGC

V GCxGC jsou sériově spojeny dvě kolony s rozdílnou selektivitou, přičemž mezi oběma kolonami je zapojen tzv. modulátor. První kolona je typicky standardních rozměrů a zpravidla jde o kolonu, kterou by uživatel volil pro 1D separaci. Druhá kolona je nejčastěji "narrow bore" rozměrů, zde je třeba zajistit rychlou separaci.

HPST/SepSolve: Schéma GCxGC systému

Modulátor zachycuje frakce efluentu z první kolony a dávkuje je na druhou kolonu. Jednotllivé chromatogramy z druhé kolony jsou potom "poskládány" vedle sebe a získáváme 3D chromatogram, který nejčastěji prohlížíme ve formě tzv. contour plotu, tedy pohledu na 3D chromatogram z ptačí perspektivy.

HPST/SepSolve: GCxGC zobrazení chromatogramu - 3D plot a contour plot

V praxi jsou používané a na trhu komerčně dostupné dva typy modulátorů - flow modulátor a termální modulátor. Jejich výhody a limitace jsou shrnuty níže:

Flow modulátor

Výhody

• nepotřebuje cryo chlazení ani plyny pro modulaci
• vhodný pro široké rozpětí bodu varu analytů
• uživatelská snadnost, spolehlivost a robustnost především u přednastavených metod
• výborná symetrie píků z druhé kolony, větší tolerance k vysokým koncentracím látek

Nevýhody a limitace

• na druhé koloně vyšší průtok než na první koloně, pro spojení s MS je nutné dělení toku
• menší flexibilita při vývoji metod

Cryo modulátor

Výhody

• vysoká flexibilita a snadnost ve vývoji metod
• odpadá faktor optimalizace průtoků, průtok na druhé koloně je stejný jako na první koloně
• na druhé koloně se pracuje blíže optimu průtoku
• bezproblémové připojení MS detektoru bez nutnosti splitování

Nevýhody a limitace

• spotřeba médií
• rozsah modulace C3 - C45 (C7 - C45 s verzí bez cryo)

Důležitá je pro GCxGC volba detektoru. Je třeba počítat s tím, že píky z GCxGC jsou velice úzké (100 - 500 ms) a pro jejich dostatečné prokreslení je třeba sbírat data dostatečně rychle.

Detekce

Z konvenčních detektorů tento požadavek splňují všechny běžné detektory (FID, uECD, NPD, NCD, SCD).

Co se týče hmotnostních spektrometrů, nejvhodnější volbou je TOF nebo Q-TOF, protože tyto detektory sbírají plná spektra s dostatečnou rychlostí nezávislou na hmotnostním rozsahu.

Kvadrupólové analyzátory dnešní generace jsou také využitelné pro toto spojení a používané v řadě laboratoří. Jejich výhodou je finanční dostupnost, navíc v řadě laboratoří již instalované jsou, takže "upgrade" na GCxGC techniku obnáší pouze doplnění modulátoru a software.

U kvadrupolového MS je nutné vzít v potaz jeho skenovací rychlost (20 000 amu/sec pro Agilent MS), rozsah analyzovaných dat a předpokládanou šířku píku v druhé dimenzi pro danou aplikaci a separační podmínky.

Například pokud sbíráme hmotnostní rozsah 400 Da, dosahujeme rychlosti akvizice 50 Hz, což na píku širokém 200 ms dovoluje nasbírat 10 datových bodů.

Vyhodnocení dat

Z GCxGC získáváme primárně sérii po sobě jdoucích chromatogramů z druhé dimenze, které je nutné "složit" do formy "contour plotu". Dedikovaný software provádí primární zpracování dat, umožňuje jejich vizualizaci, prohledávání, identifikaci, kvantifikaci, popř. statistickou analýzu. Pro GCxGC platí dvojnásob, že výsledky mohou být jen tak dobré, jak dobrý je software pro vyhodnocení dat.

HPST Vám může nabídnout kompletní řešení od výrobců SepSolve a JSB/ZOEX. Podle Vaší konkrétní aplikace a situace v laboratoři Vám navrhneme nejvhodnější řešení, co se týká modulátoru, detektorů a software. Pomůžeme Vám také "rozjet" Vaše metody. Obraťte se na nás, potřebujete-li konzultaci tohoto řešení.

Záznamy webinářů:

• Making our world safer through science: Identifying novel biomarkers of COVID-19 in breath (Dr Amalia Berna, Čt, 29.7.2021, 11:00 (CEST - Prague))

• Jak na separaci opravdu komplexních vzorků? GCxGC od výzkumu k rutině (J. Zrostlíková, L. McGregor, 16. 6. 2021)

• Evaluating the authenticity of brand perfumes using GC×GC–TOF MS (L. McGregor, E. Carter, 18. 5. 2021)

• Improved profiling of cannabis terpenes for accurate product labelling (L. McGregor, 4. 11. 2020)

• Complexity to Clarity: Transforming chromatographic data into usable results (22.9.2020)

• GC×GC-FID/TOF MS for the Optimization of Novel Catalytic Strategies to Improve Fuel Streams with High Aromatic Content (28. 4. 2020)

Přehled aplikační literatury

Přehled aplikační literatury naleznete zde. Stažení literatury je možné po registraci zde.

Pro další informace se neváhejte obrátit na produktového specialistu Jitku Zrostlíkovou (jitka.zrostlikova@hpst.cz).