Advantages and Disadvantages of Substitution of Helium as Carrier Gas in Gas Chromatography by Hydrogen. Part I. – Technical and Safety Aspects

Význam tématu

Plynová chromatografie je klíčová pro stanovení aroma a nežádoucích látek v pivu i dalších matrixech. Volba nosného plynu zásadně ovlivňuje rychlost, citlivost a rozlišení separace. Rostoucí nedostupnost a cena helia vyvolává potřebu hledat alternativu v podobě vodíku.

Cíle a přehled studie

Cílem článku je rozebrat technické a bezpečnostní aspekty nahrazení helia vodíkem v kapilární GC. Studie pokrývá vlastnosti a zdroje helia, vodíku a dusíku, možnosti zásobování v tlakových lahvích i generátory a rizika spojená s každou variantou.

Použitá metodika a instrumentace

Pro separace se využívají kapilární kolony v GC s plamenoionizačním detektorem. Nosné plyny jsou dodávány z tlakových lahví (20 MPa) vybavených dvoustupňovými redukčními ventily nebo z generátorů vodíku (elektrolýza vody) a dusíku (PSA s molekulárním sítem). Moderní GC systémy disponují elektronickou regulací tlaku a bezpečnostními uzávěry.

Hlavní výsledky a diskuse

Helium je vyrobeno kryogenní destilací z přírodního plynu, jeho zásoby rychle klesají a cena roste. Vodík lze vyrábět přímo v laboratoři z vody elektrolýzou, je levný, ale hořlavý. Technické úpravy zahrnují výměnu měděných kapilár za nerezové, instalaci výbušnostních detektorů a řídicích ventilů. Generátory minimalizují objem plynu pod tlakem a přispívají k bezobslužnému provozu. Ekonomické srovnání ukazuje větší úspory při nahrazení helia vodíkem než při využití dusíku.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přednosti použití vodíku:

• Ekologická nezávadnost a neomezená dostupnost;
• Nižší cena a snížení provozních nákladů;
• Zrychlení analýzy a lepší rozlišení;
• Zajištění kontinuálního provozu i při výpadku helia.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření hydrogenových generátorů a integrace automatických bezpečnostních systémů. Vývoj kompaktních GC jednotek optimalizovaných pro vodík umožní vyšší propustnost a zjednodušenou údržbu. Další směřování je ke kombinaci nosných plynů a integraci s vyspělými detektory.

Závěr

Vodík představuje životaschopnou alternativu helia v kapilární GC, pokud jsou provedeny nezbytné technické úpravy a implementována bezpečnostní opatření. Ekonomické, environmentální i provozní přínosy podporují přechod na tuto technologii.

Reference

1. Blumberg LM: Anal Chem. 1993;65:2686–2689.
2. Matisová E., Dömötörová M.: J Chromatogr A. 2003;1000:199–221.
3. Bartram RJ, Froehlich P: LCGC North America. 2010;10:1–8.
4. Chromacademy: Translating GC Methods from Helium to Hydrogen Carrier Gas (online).
5. Parker: Pressure Swing Adsorption technologie (online).