Hydrogen: A Superior Carrier Gas Alternative to Helium

Význam tématu

Správná volba nosného plynu v plynové chromatografii významně ovlivňuje rychlost analýzy, rozlišení a provozní náklady. Vzhledem k nedostatku helia na světovém trhu a jeho rostoucím cenám se jako perspektivní alternativa jeví vodík. Ten nabízí vyšší difuzivitu, širší pracovní rozsah lineárních rychlostí a možnost využití generátorů plynu pro snížení rizik spojených s vysokotlakými lahvemi.

Cíle a přehled studie / článku

Článek porovnává vlastnosti vodíku a helia jako nosných plynů při teplotně programované plynové chromatografii. Cílem je demonstrovat dopad výměny nosného plynu na dobu analýzy, účinnost separace a provozní náklady. Studie analyzuje 16 polyaromatických uhlovodíků na úzké mikrokolonce a diskutuje teoretické principy i praktické aspekty bezpečného provozu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro porovnání byla použita následující sestava:

• Kolonka: Equity-5, 15 m × 0,10 mm I.D., film 0,10 μm
• Sporý program: 100 °C (1 min), 35 °C/min do 325 °C (5 min)
• Injektor: 250 °C, split 200:1, liner cup design, průměr 4 mm
• Detektor: FID při 350 °C
• Vzorek: směs 16 polyaromatických uhlovodíků, 200 ppm v methylenchloridu
• Nosný plyn – helium (20 cm/s) vs. vodík (45 cm/s), konstantní průtok
• Volitelné zdroje vodíku: PEM a elektrolýzní generátory (Modely H2PEM-100 až H2PEM-510, Nitrox 20H až 60H)

Hlavní výsledky a diskuse

Podle Golayovy teorie mají otevřené kapiláry optimální rychlost úměrnou difuzivitě nosného plynu. Vodík vykazuje dvojnásobnou optimální lineární rychlost oproti heliu, což při zachování ostatních parametrů přináší zkrácení celkové doby analýzy až o 25 %. Díky plošší Golayově křivce je možné provozovat vodík i při vyšších rychlostech bez významné ztráty účinnosti. Náklady na vodík zůstávají stabilní a nižší než na helium, navíc umožňují nasazení generátorů s prací při maximálně 125 psi, čímž se minimalizuje riziko pracovištního úrazu při manipulaci s vysokotlakými lahvemi.

Přínosy a praktické využití metody

Nasazení vodíku jako nosného plynu přináší následující výhody:

• Výrazné zkrácení doby analýz a zvýšení propustnosti laboratoře
• Zachování nebo zlepšení separační účinnosti díky širšímu pracovnímu rozsahu lineárních rychlostí
• Snížení provozních nákladů díky dostupnosti vodíku a možnosti on-site generace
• Nižší riziko spojené s vysokotlakými lahvemi při použití generátorů

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj technologií generátorů vodíku s vyšší kapacitou a čistotou. Integrace vodíkových generátorů přímo do chromatografických systémů umožní plně automatizované a bezpečné provozy. Rychlá GC (Fast GC) postavená na principech využití vodíku rozšíří aplikace v kvalitativním i kvantitativním sledování organických sloučenin. Systémy dálkového monitoringu a prediktivní údržba podpoří konsistentní kvalitu dat a minimalizaci provozních prostojů.

Závěr

Vodík se díky vyšší difuzivitě a plošší Golayově křivce ukazuje jako nadřazená volba nosného plynu pro teplotně programovanou plynovou chromatografii. Při zajištění adekvátních bezpečnostních opatření a využití moderních generátorů lze dosáhnout kratších analýz, lepší efektivity a výrazného snížení nákladů ve srovnání s heliem.