How to Combat the Helium Shortage: Making the Switch from Helium to Hydrogen or Nitrogen
Prezentace | 2022 | Agilent TechnologiesInstrumentace
Rostoucí nedostupnost a cena helia představuje významnou výzvu pro plynovou chromatografii (GC) i spojení GC s hmotnostní spektrometrií (GC/MS). Helium hrálo dlouhodobě roli preferovaného nosného plynu pro svou inertnost, vysokou rychlost přenosu a vynikající účinnost separace. Snižující se globální zásoby a rostoucí požadavky na analytiku v lékařství, petrochemii či potravinářské výrobě nutí operátory hledat alternativy, které zajistí spolehlivý provoz a přijatelné náklady.
Cílem dokumentu je představit komplexní přístup k úspoře nebo nahrazení helia v GC a GC/MS systémech prostřednictvím:
Pro implementaci navržených postupů byly využity přístroje Agilent série 7890B/8860/8890 GC a GC/MSD, vybavené:
Klíčové kroky při migraci a úspoře nosného plynu:
Implementace alternativních nosných plynů prokázala:
Rozšířením repertoáru nosných plynů laboratoře dosáhnou:
Očekávané směry rozvoje:
Komplexní přístup k úspoře a náhradě helia spočívá v kombinaci inteligentního řízení spotřeby (Gas Saver, Helium Conservation), metodických nástrojů pro migraci stávajících metod a uváženém používání dusíku i vodíku. Dusík je vhodný pro většinu rutinních aplikací bez rizika reaktivity, vodík se hodí pro rychlé a vysoce rozlišovací metody, nikoli však bez zvláštní opatrnosti v GC/MS. Základním doporučením je nejprve implementovat úsporná opatření pro heliový provoz a teprve pak zvažovat plnou migraci na alternativní plyn.
GC, GC/MSD
ZaměřeníVýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Rostoucí nedostupnost a cena helia představuje významnou výzvu pro plynovou chromatografii (GC) i spojení GC s hmotnostní spektrometrií (GC/MS). Helium hrálo dlouhodobě roli preferovaného nosného plynu pro svou inertnost, vysokou rychlost přenosu a vynikající účinnost separace. Snižující se globální zásoby a rostoucí požadavky na analytiku v lékařství, petrochemii či potravinářské výrobě nutí operátory hledat alternativy, které zajistí spolehlivý provoz a přijatelné náklady.
Cíle a přehled studie / článku
Cílem dokumentu je představit komplexní přístup k úspoře nebo nahrazení helia v GC a GC/MS systémech prostřednictvím:
- funkce Gas Saver pro automatické omezení spotřeby nosného plynu,
- rozhodovacího stromu pro výběr mezi heliem, vodíkem a dusíkem,
- postupů migrace existujících GC metod na vodík nebo dusík s minimální revalidací,
- praktických příkladů pro analýzy mastných kyselin, glyceridů a oxygenních aditiv v benzinech,
- opatření pro bezpečné použití vodíku v GC a GC/MS.
Použitá instrumentace
Pro implementaci navržených postupů byly využity přístroje Agilent série 7890B/8860/8890 GC a GC/MSD, vybavené:
- moduly pětipřevodníkových elektronických regulátorů (EPC) pro jednotlivé kanály nosného plynu,
- volitelným modulem Helium Conservation pro přepínání mezi heliem a dusíkem,
- funkcí Gas Saver integrovanou v softwaru ChemStation/OpenLab,
- generátory vodíku s výrobním stupněm 99,9999 % a bezpečnostními prvky,
- detektorem úniků G6696A/G6693A a platinovými trubičkami pro vedení plynu,
- 2-D modulem a mikrobalenými kolonami PLOT pro separaci oxygenních sloučenin.
Použitá metodika
Klíčové kroky při migraci a úspoře nosného plynu:
- Zapnutí režimu Gas Saver: vypíná přívod nosného plynu mezi injekcemi, doporučené parametry 15–20 mL/min po dobu 2–5 min.
- Rozhodovací strom pro výběr nosného plynu: dusík pro jednoduché rutinní analýzy, vodík pro vysokou separační účinnost nebo kritické GC/MS aplikace.
- Metoda překladové kalkulačky (Method Translation Calculator) v OpenLab CDS pro automatickou konverzi podmínek z helia na vodík či dusík.
- Nastavení stejné retenční doby (holdup time) pro zachování pořadí a časů elučních špiček bez nutnosti úprav teplotního programu.
- Specializované postupy ASTM D6584 (glyceridy v biodieselu) a D4815 (oxygenní aditiva v benzinu) s ověřením opakovatelnosti a reprodukovatelnosti.
- Bezpečnostní zásady pro práci s vodíkem: senzory, omezení průtoku, sekvenční purgace pece a izolace od zdroje zapálení.
Hlavní výsledky a diskuse
Implementace alternativních nosných plynů prokázala:
- dusík při stejném průtoku i konstantním tlaku zachoval „dostatečnou“ chromatografickou účinnost a splnil požadavky normovaných metod,
- vodík nabídl vyšší rychlost separace a nižší HETP, umožnil značné zkrácení analýzy bez ztráty rozlišení,
- přesné zachování retenčních časů při shodné holdup time usnadnilo revalidaci bez nutnosti zásadních úprav softwarových integračních tabulek,
- porovnání kvantitativních výsledků metod ASTM D6584 a D4815 ukázalo odchylky pod stanovenou mezí opakovatelnosti i reprodukovatelnosti,
- modul pro úsporu helia zvýšil životnost válce až na šestinásobek při minimálním zvýšení spotřeby dusíku,
- přechod na vodík v GC/MS systémech vyžaduje opatrnost – vyšší pozadí šumu, změny v masových spektrech a nutnost nové optimalizace ladicích sloučenin.
Přínosy a praktické využití metody
Rozšířením repertoáru nosných plynů laboratoře dosáhnou:
- výrazných úspor provozních nákladů díky nižší spotřebě drahého helia,
- zvýšení flexibility při nepředvídatelném trhu s plyny,
- rychlého zavádění alternativ bez přerušení analytických řad,
- možnosti optimalizovat dobu analýzy a rozlišení odpovídajícím výběrem vodíku či dusíku.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekávané směry rozvoje:
- rozšíření online nástrojů pro automatický převod metod a simulaci chromatografických parametrů,
- vylepšené generátory vodíku s integrovanými bezpečnostními prvky a nižšími hodnotami O₂ a H₂O,
- důraz na 2-D GC pro složité směsi, kde inertnější dusík zajistí stabilitu špiček,
- integrace s moderními datovými řešeními pro sledování spotřeby plynu a prediktivní analýzu provozních nákladů.
Závěr
Komplexní přístup k úspoře a náhradě helia spočívá v kombinaci inteligentního řízení spotřeby (Gas Saver, Helium Conservation), metodických nástrojů pro migraci stávajících metod a uváženém používání dusíku i vodíku. Dusík je vhodný pro většinu rutinních aplikací bez rizika reaktivity, vodík se hodí pro rychlé a vysoce rozlišovací metody, nikoli však bez zvláštní opatrnosti v GC/MS. Základním doporučením je nejprve implementovat úsporná opatření pro heliový provoz a teprve pak zvažovat plnou migraci na alternativní plyn.
Reference
- Sinnott M. How to Combat the Helium Shortage: Making the Switch from Helium to Hydrogen or Nitrogen; Agilent Technologies Application Note DE93753203; 24 May 2022.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.
Podobná PDF
How to Combat the Helium Shortage: Making the Switch from Helium to Hydrogen or Nitrogen Carrier Gas
2019|Agilent Technologies|Prezentace
How to Combat the Helium Shortage: Making the Switch from Helium to Hydrogen or Nitrogen Carrier Gas Mark Sinnott Application Engineer December 5th 2019 1 How to Combat the Helium Shortage DE.5504513889 Market Situation The world of He supply is…
Klíčová slova
combat, combatshortage, shortagehelium, heliumhow, howgas, gascarrier, carrierhetp, hetpconservation, conservationhydrogen, hydrogennitrogen, nitrogensaver, savervelocity, velocitysafety, safetyconsiderations, considerationsepc
Ballooning helium costs keeping you up at night? Try Hydrogen and Nitrogen as Alternative Carrier Gases
2022|Agilent Technologies|Prezentace
Ballooning helium costs keeping you up at night? Try Hydrogen and Nitrogen as Alternative Carrier Gases Mark Sinnott Application Engineer November 19th 2021 How to Combat the Helium Shortage DE44498.5264467593 1 Market Situation The world of He supply is not…
Klíčová slova
combat, combatshortage, shortagehelium, heliumhow, howgas, gascarrier, carrierhetp, hetpconservation, conservationhydrogen, hydrogennitrogen, nitrogensaver, savervelocity, velocitysafety, safetyalternative, alternativeconsiderations
Helium Conservation and Converting GC Methods to Nitrogen and Hydrogen Carrier Gas
2013|Agilent Technologies|Prezentace
Addressing the World Helium Shortage For Gas Chromatography Helium Conservation and Converting GC Methods to Nitrogen and Hydrogen Carrier Gas James D. McCurry, Ph.D. Senior Scientist Agilent Technologies 1 July 30, 2013 Presentation Outline Carrier Gas Decision Tree • Decision…
Klíčová slova
helium, heliumhetp, hetpcarrier, carrierconservation, conservationgas, gasnitrogen, nitrogenrestricted, restrictedvelocity, velocityconsiderations, considerationsagilent, agilentepc, epcsafety, safetyhydrogen, hydrogenresolution, resolutioninlet
Reducing Pressure on Operational Budgets: Helium Conservation Strategies for GC and GC/MSD
2014|Agilent Technologies|Prezentace
Reducing Pressure on Operational Budgets: Helium Conservation Strategies for GC and GC/MSD Agilent Science and Technology Symposium May 2014 Topics for Today Reducing Pressure on Operations Related to Helium Minimizing Helium Use • Helium audit • Identify leaks and other…
Klíčová slova
helium, heliumsaver, savergas, gasnitrogen, nitrogenconservation, conservationcarrier, carriergases, gasesleak, leakusage, usagemsd, msdmin, minalternate, alternateaudit, auditleaks, leakssplit