AN INTRODUCTION TO HEADSPACE SAMPLING IN GAS CHROMATOGRAPHY FUNDAMENTALS AND THEORY

Význam tématu

Headspace‐GC je klíčová technika pro selektivní extrakci těkavých organických látek z komplexních matric. Umožňuje oddělit a koncentrovat vůči vodě necitlivé či nekompatibilní složky, což snižuje kontaminaci analytického systému, zrychluje analýzu a zvyšuje citlivost a opakovatelnost výsledků. Statické i dynamické přístupy nabízejí flexibilitu pro laboratoře v potravinářství, farmacii, ochraně životního prostředí či forenzních analýzách.

Cíle a přehled článku

Cílem dokumentu je poskytnout přehled teoretických principů equilibrium (statického) headspace, ovlivňujících faktorů a rozšířených technik sloužících pro zlepšení detekčních limitů. Popisuje základní termodynamické vztahy (rovnovážný rozdělovací koeficient, Raoultův zákon, Daltonův zákon, Henryův zákon), dopady parametrů vzorku (objem, teplota, tlak, přísady) a předkládá specializované postupy tvt, fet, MHE, dynamické HS, trap‐sampling a SPME.

Použitá metodika a instrumentace

Pro statickou i dynamickou extrakci se využívají systémy PerkinElmer TurboMatrix™ HS, schopné přesné regulace teploty (±0,1 °C) a tlaku se vzorkovým přetlakem až 2 atm. K interfacingu s GC slouží techniky pressure-balanced sampling, valve-loop, split-interface či Zero Dilution Liner. Pro zlepšení detekční citlivosti byly uplatněny adsorpční pasti, on-column kryofocusing a SPME sondy.

Hlavní výsledky a diskuse

Analytické modely potvrdily, že koncentrace analyzátu v prostoru nad vzorkem úzce závisí na rozdělovacím koeficientu K a poměru objemů β (VG/VS). Změny VS, teploty, tlaku a doplňujících solí umožňují modulovat citlivost až o řády. TVT/FET extrahují veškerý analyzát z malých vzorků, MHE stanoví celkový obsah v heterogenních matricích, dynamické HS a HS-trap sampling umožňují desetinásobné až stotisícnásobné zvýšení hmoty analyzátu. On-column kryofocusing a SPME doplňují rozšířenou citlivost a selektivitu. Praktické měření potvrdilo linearitu, precisnost (<1 % RSD) a detekční limity na úrovni ppt až ppq.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální údržba GC systému a delší životnost kolony díky čistému vstupu.
• Vysoká opakovatelnost a robustnost metod.
• Flexibilita pro širokou škálu vzorků: voda, potraviny, farmaceutika, polymery či pevné matrice.
• Možnost vypočteného navýšení citlivosti až o několik řádů pomocí pasti i SPME.
• Automatizace sekvenčního vytápění a extrakce zvyšuje průchodnost laboratoří.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj miniaturizovaných adsorpčních zařízení s vyšší plochou pro urychlenou kinetiku, integrované moduly pro sub-ambientní chlazení on-column, nové sorbenty pro SPME s extrémně vysokou selektivitou a plně digitální řízení tlaku a průtoku pro prediktivní modelaci analýz. Vyvíjí se hybridní systémy kombinující HS-trap a SPME, on-line coupling s LC-MS/MS a real-time monitoring těkavin.

Závěr

Headspace operuje na principech rovnovážné termodynamiky a nabízí široké škály technik od statického HS až po pokročilé pasti a SPME. Správnou volbou parametrů a vhodného interface lze dosáhnout vysoké citlivosti, rozlišení a throughput. Pokročilé metody nabízí další prostor pro automatizaci a rozšíření aplikací v průmyslové a akademické praxi.

Reference

• Bruno Kolb, Leslie S. Ettre: Static Headspace–Gas Chromatography, Theory and Practice, Wiley 2006.
• B. Kolb, C. Welter, C. Bichler: Chromatographia 34 (1992) 235–240.
• L. S. Ettre, C. Welter, B. Kolb: Chromatographia 35 (1993) 73–85.
• B. Kolb: J. Chromatogr. 112 (1975) 287–295.
• Haar L., Gallagher J. S., Kell G. S.: NBS/NRC Steam Tables, Hemisphere Publishing, 1984.
• J. Pawliszyn: Solid Phase Microextraction, Wiley-VCH 1997.
• J. Pawliszyn (ed.): Applications of Solid Phase MicroExtraction, RSC Monographs 1999.
• S. A. Wercinski (ed.): Solid Phase Microextraction: A Practical Guide, CRC Press 1999.