Combined Thermal-Desorption and Pyrolysis GC Using a PTV Injector. Part I: Theory and Practicle Aspects

Význam tématu

Úpravy vzorků tepelným rozkladem spojené s plynovou chromatografií patří mezi klíčové techniky v analytické chemii. Umožňují analýzu tuhých a viskózních materiálů, které nelze přímo injektovat do GC. Kombinace termické desorpce a pyrolytického rozkladu ve sdruženém systému rozšiřuje možnosti odhalit nízkomolekulární i vysokomolekulární frakce v jednom běhu.

Cíle a přehled studie

Studie navrhuje inovativní uspořádání, kde se obě fáze termického zpracování provádějí sekvenčně ve stejném PTV injektoru s minimálními úpravami. Cílem je eliminovat ztráty těkavých a vysokomolekulárních sloučenin, zjednodušit kalibraci a rozšířit teplotní rozsah analýzy.

Použitá metodika a instrumentace

• Injektor: OPTIC 600 PTV (max. 600 °C, vnitřní průměr 3,4 mm s vloženým skleněným fritem pro zadržení vzorku).
• Chromatograf: Shimadzu 17A s Advanced Flow Control, analytická kolona HT Simdist (10 m × 0,25 mm × 0,15 µm), retention gap 0,53 mm i.d.
• Chladicí past: vlastnoručně vyrobený skleněný kryotrap chlazený kapalným dusíkem, řízený K-thermokouplem (-200 °C až 500 °C).
• Detekce: FID, data akvizice Perkin Elmer Nelson 1022.
• Postup: sekvenční tepelná desorpce a pyrolytický rozklad při 200, 400 a 600 °C, následná analýza GC (program 50 °C → 425 °C, 10 °C/min, split 1:54, konstantní průtok 2,4 ml/min).

Hlavní výsledky a diskuse

• Při 200 °C se uvolňují lehké alkanické a aromatické sloučeniny, přičemž hlubší vzorky (7330 ft) vykazují vyšší množství těkavých frakcí než plytčí (5742 ft), což indikuje pokročilejší geochemickou zralost.
• Při 400 °C dochází k desorpci biomarkerů střední molekulární hmotnosti, poskytujících klíčové informace o původu a povaze organických látek.
• Při 600 °C probíhá pyrolytický rozklad vysokomolekulárních struktur, jehož produkty simulují přírodní krakování probíhající pod vysokým tlakem a teplotou v geologickém prostředí.

Přínosy a praktické využití metody

• Snížení ztrát vysokomolekulárních komponent díky absenci vyhřívaných přenosových linek a ventilů.
• Flexibilní volba teplotních úrovní pro detailní charakterizaci jednotlivých frakcí.
• Jednoduchá kalibrace a kvantifikace pomocí standardních PTV systémů.
• Vhodné pro geochemické hodnocení původu, zralosti a kvantity ropy ve zdrojových horninách.
• Nákladová výhodnost a snadná integrace do stávajících analytických zařízení.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Propojení s hmotnostní spektrometrií (PTV-GC–MS) pro lepší identifikaci rozkladných produktů.
• Automatizované multistep protokoly pro vysokoprůtočnou analýzu environmentálních a průmyslových vzorků.
• Optimalizace konstrukce frittů a kryotrapu pro snížení aktivity a zvýšení zotavení termolabilních látek.
• Rozšíření teplotního rozsahu nad 600 °C pro náročné materiály, například polymery nebo biomateriály.

Závěr

Kombinace termické desorpce a pyrolytického GC ve společném PTV injektoru představuje flexibilní, informačně bohaté a cenově efektivní řešení pro analýzu tuhých vzorků. Metoda zajišťuje detailní charakterizaci frakcí od nízkomolekulárních až po vysokomolekulární, přičemž minimalizuje ztráty a usnadňuje kalibraci.

Reference

1. H.P.M. van Lieshout, H.-G. Janssen, C.A. Cramers, Proceedings of the 16th International Symposium on Capillary Chromatography, Huethig Verlag (1994) 1112.
2. G. Schomberg, Sample Introduction in Capillary Gas Chromatography, Vol. 1, Huethig Verlag (1985), kapitola 4.
3. F. Poy, L. Cobelli, Sample Introduction in Capillary Gas Chromatography, Vol. 1, Huethig Verlag (1985), kapitola 5.
4. T.H.M. Noij, Trace Analysis by Capillary Gas Chromatography, Theory and Methods, disertace Eindhoven University of Technology (1988).