Development of Green Technologies in GCMS-QP2010 Ultra

Vývoj ekologických technologií v GCMS-QP2010 Ultra

Význam tématu

Gas chromatografie spojená s hmotnostní spektrometrií (GC-MS) se uplatňuje v potravinářství, forenzních analýzách, environmentálních i biomedicínských aplikacích. Provoz GC-MS však vyžaduje drahý neobnovitelný helia nosný plyn a značné množství elektrické energie pro udržení stabilních termostatických a vakuových podmínek. S ohledem na rostoucí náklady a tlak na snižování environmentální stopy přicházejí inovace vedoucí k úsporám plynu a energie.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje vývoj dvou klíčových technologií v přístroji Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra: vysokorychlostní skenovací protokol Advanced Scanning Speed Protocol (ASSP) pro Fast-GC/MS a režim Ecology Mode pro úsporu energie a nosného plynu v pohotovostním režimu. Cílem bylo dramaticky zkrátit dobu analýzy a snížit spotřebu helia a elektrické energie bez zhoršení analytického výkonu.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace: Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra vybavený kapilárními kolónami délky 10 m a průměru 0,1 mm, ohřevem až 30 °C/min a kvadrupólovým MS s max. rychlostí skenování 20 000 u/s, datovým vzorkováním až 0,01 s.
Fast-GC/MS: zkrácené a zužené kolony, vysoký tlak nosného plynu (>300 kPa), agresivní program teploty.
ASSP: adaptivní řízení akceleračních napětí pro zlepšení přenosu iontů při vysokorychlostním skenování.
Ecology Mode: automatické uložení pracovních parametrů, přepnutí na tlakové řízení plynu s nízkým průtokem (<20 mL/min), vypnutí ohřevu, ventilátorů a iontového měřidla v pohotovosti, režim spánku počítače.

Hlavní výsledky a diskuse

Fast-GC/MS s ASSP zkrátil analýzu organických kyselin v moči z 60 min na 12 min. Spotřeba helia klesla o 90 % (z 1200 mL na 120 mL), příkon o 66 % (z 945 Wh na 324 Wh) při zachování rozlišení i citlivosti.
Ecology Mode v pohotovostním režimu snížil spotřebu helia o 60 % a elektrickou energii o 36,5 % (760 W → 483 W). Roční úspora činí až 12 963 L helia, 2001 kWh energie a 1123 kg CO2 emisí.
Implementace režimu Ecology Mode ve výrobě přinesla snížení spotřeby helia o 50 % a energie o 30 % na jednotku přístroje.

Přínosy a praktické využití metody

Díky Fast-GC/MS s ASSP a režimu Ecology Mode lze dosáhnout podstatného snížení provozních nákladů a environmentální zátěže bez kompromisu na kvalitě analýzy. Metodu lze aplikovat v rutině laboratorních rozborů v potravinářství, farmacii, environmentálním monitoringu či metabolomice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj cílí na použití vodíku jako nosného plynu pro Fast-GC/MS, což nabízí ještě rychlejší separaci, nižší cenu a menší ekologickou stopu. Možné je rozšíření v oblasti farmaceutického průmyslu, klinické diagnostiky a průmyslové kontroly kvality.

Závěr

Přístroj GCMS-QP2010 Ultra se zavedenými technologiemi ASSP a Ecology Mode výrazně snižuje spotřebu helia a energie při zachování výkonu analýzy. Tyto inovace otevírají nový směr ekologických GC-MS metod s nižšími náklady a menším dopadem na životní prostředí.

Použitá instrumentace

Shimadzu GCMS-QP2010 Ultra, kapilární GC kolony 10 m × 0,1 mm, kvadrupólový hmotnostní spektrometr, Advanced Scanning Speed Protocol, Ecology Mode.

Reference

1. Japan Association for Trade with Russia & NIS Japan-Russia technology newsletter No 3 (6) 2008
2. P T Anastas a J C Warner Green Chemistry Theory and Practice Oxford University Press New York 1998
3. Pat Sandra et al Green Chromatography LCGC Europe 23(5) 242-259 2010
4. S Harada QUADRUPOLE MASS SPECTROMETER US Patent 6610979 2003
5. K Mastovska a S J Lehotay Practical approaches to fast gas chromatography mass spectrometry J Chromatogr A 1000 153-180 2003
6. L Mondello et al Evaluation of fast GC and GC MS in lipid analysis J Chromatogr A 1035 237-247 2004
7. M Kirchner et al Ruggedness of fast GC MS in pesticide residue analysis J Chromatogr A 1084 63-70 2005
8. E Matisova a M Domotorova Fast gas chromatography and its use in trace analysis J Chromatogr A 1000 199-221 2003
9. J Dalluge et al Resistively heated GC with quadrupole MS J Sep Sci 25 608-614 2002
10. R J J Vreuls et al GC TOF MS for organic micro contaminants J Microcolumn Separations 11(9) 663-675 1999
11. R Hirsch et al Determination of Environmentally Relevant Compounds using Fast GC TOF Chimia 55 19-22 2001
12. Ministerstvo životního prostředí Japonska CO2 emission coefficient by electricity business 2009
13. T Veriotti et al High-speed GC and GC MS with series coupled column Anal Chem 73 3045-3050 2001
14. Rana Sumandeep et al New method for determination of antidepressants in urine using fast GC MS J Anal Toxicol 32(5) 355-363 2008