How to Combat the Helium Shortage: Making the Switch from Helium to Hydrogen or Nitrogen Carrier Gas

Význam tématu

Globální nedostatek hélia narušuje provoz moderních analytických laboratoří, zejména v oblasti plynové chromatografie a magnetické rezonance. Zvyšující se cena a omezená dostupnost tohoto vzácného inertního plynu nutí uživatele hledat spolehlivé alternativy, aby byla zachována kontinuita analýz i přijatelná ekonomika provozu.

Cíle a přehled studie

Publikace popisuje komplexní přístup k úspoře a nahrazení hélia v GC a GC/MS metodách. Klíčové body zahrnují využití režimu Gas Saver, rozhodovací strom pro výběr nosného plynu a návody na migraci existujících metod na vodík či dusík při minimální revalidaci.

Použitá instrumentace

• Agilent 7890B, 8860 a 8890 GC systémy vybavené 5. generací EPC modulů
• Helium Conservation Module integrovaný do Sleep/Wake funkce GC
• Kolony: PDMS 30 m × 0,53 mm × 2,65 µm, HP-INNOWax, Ultimetal DB-5HT, mikropackované TCEP
• Detektory: FID, TCD, MSD (Agilent 5975, 7000)
• Software: OpenLab CDS s nástrojem pro přepočet metod

Použitá metodika

Popisováno je automatické přepínání na dusík v nečinnosti, režim Gas Saver v inletu, konfigurace vestavěného modu a optimalizace parametrů (flow vs. holdup time). Dále jsou uvedeny postupy pro přepínání mezi plyny, bezpečnostní opatření při zavádění vodíku v GC/MS a doporučení pro volbu zdroje plynu a rozvody.

Hlavní výsledky a diskuse

• Helium Conservation Module umožňuje úsporu až 75 % spotřeby hélia bez změny chromatografie.
• Při zachování stejné holdup time po přechodu na H2 či N2 byly retence stabilní v rámci 1 % odchylky.
• N2 poskytuje dostatečné rozlišení u většiny rutinních metod (ASTM D4815, D6584) a prodlužuje životnost lahví 4násobně.
• H2 umožňuje vyšší rychlosti analýzy, avšak vyžaduje přísné bezpečnostní a aplikační ověření v GC/MS systémech.
• Dvourozměrná chromatografie (2-D GC) efektivně kompenzuje nižší průtoky N2.

Přínosy a praktické využití metody

Implementací inteligentní správy plynů a přechodem na dostupnější alternativy lze výrazně snížit náklady na provoz chromatografických systémů, omezit závislost na drahém héliu a minimalizovat rozsah revalidace metod v oblasti petrochemie, biopaliv, farmacie či potravinářské analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se širší nasazení generátorů vodíku s vestavěnými filtry, další zdokonalení softwarových nástrojů pro automatickou konverzi metod, rozvoj dvourozměrné GC pro nízké průtoky dusíku a integrace úsporných modulů přímo v nových chromatografech.

Závěr

Přechod od hélia k dusíku či vodíku je technicky i ekonomicky proveditelný s minimálními úpravami metod. Klíčové je využití úsporných funkcí GC, volba vhodné instrumentace a přísné dodržování bezpečnostních postupů zejména při manipulaci s vodíkem.

Reference

1. Agilent Technologies. Hydrogen Safety Guide. 2012.
2. Sinnott M. How to Combat the Helium Shortage. Agilent Application Note, December 2019.
3. Chemical & Engineering News. July 16, 2012, s. 32–34.