Multidimensional GC Analysis of Complex Samples

Význam tématu

Analýza složitých vzorků pomocí jednorozměrné plynové chromatografie často neposkytuje dostatečné rozlišení všech složek vzhledem k rozdílnosti polarity, bodu varu, molekulové hmotnosti či koncentrace. Multidimenzionální plynová chromatografie s technikou heartcuttingu umožňuje zvýšit separační výkon spojením dvou sloupců s rozdílnou fází a selektivním přenosem frakcí mezi nimi. Tato metoda je klíčová pro kvalitativní a kvantitativní analýzu stopových látek v přírodních produktech, potravinách, biologických matricích i průmyslových materiálech.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat aplikaci heartcutting GC–GC/MS s nízkoteplotními modulárními ohřívači GERSTEL-MACH pro analýzu dvou modelových vzorků: tekutého spearmintového oleje a pevného vinylového záclonového materiálu. Studie popisuje optimalizaci separačních podmínek na precolumn a main column, selektivní přenos analytických zón a identifikaci stopových sloučenin pomocí hmotnostní spektrometrie a olfaktometrie.

Použitá metodika a instrumentace

Instrumentace:

• Plynový chromatograf Agilent 6890 s hmotnostním spektrometrem 5973 MSD a FID
• PTV inlet CIS 4 a termodesorpční jednotka TDS 2 s autosamplerem TDS A
• Multidimenzionální přepínací systém MCS 2/CTS 2 s kryotrappem
• Olfaktometrický detekční port ODP 2
• Dva moduly LTM ohřívačů GERSTEL-MACH pro precolumn a main column
• Předkolona: 30 m DB-5MS, di=0,32 mm, df=1,0 μm; hlavní kolona: 30 m INNOWax, di=0,25 mm, df=0,25 μm

Vzorková příprava:

• Spearmint oil: 5 µl oleje v 20 ml hl.vi, extrakce hluku s PDMS Twister tyčinkou 1 h při pokojové teplotě
• Vinylový záclonový materiál: cca 0,5 g do 20 ml hl.vi, extrakce s Twister tyčinkou 16 h

Hlavní výsledky a diskuse

Spearmint oil

• Přenos zóny 9,36–9,90 min z precolumn na INNOWax umožnil identifikovat více než 15 analytů, včetně trans-limonene oxide, který nebyl detekovatelný v jednorozměrném módu.
• Provedení dvou heartcut frakcí (8,15–8,60 min a 9,36–9,90 min) zvýšilo rozlišení dalších složek, prokázalo vysokou reprodukovatelnost a nízký šum na TIC.

Vinyl shower curtain

• V zóně 19–21 min na HP-5MS detekována skupina více než 100 sloučenin s dominantními vůněmi: musty, shower curtain, fruity a medicinal.
• Mass spectral match odhalil 2-ethyl-1-hexanol (vůně „shower curtain“) a 2-ethyl-1-hexenal („musty“) jako stopové vůně neodhalitelné bez heartcuttingu.

Přínosy a praktické využití metody

Multidimenzionální heartcutting GC–GC:

• Výrazně zlepšuje separaci koelujících látek v komplexních matricích.
• Umožňuje detekci a identifikaci stopových sloučenin ovlivňujících senzorické vlastnosti vzorku.
• Modulární konstrukce a rychlé ohřevy/chlazení LTM ohřívačů minimalizují dobu analýzy.
• Vhodné pro analýzu příchutí, vůní, polymerů, biologických vzorků a petrochemických frakcí.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření techniky na více dimenzí a kombinaci s různými detektory (FT-IR, TOF-MS).
• Automatizace výběru heartcut zón pomocí pokročilých softwarových algoritmů.
• Integrace s chemometrickými nástroji pro zpracování velkých objemů dat.
• Aplikace v environmentální analýze stopových polutantů, farmaceutické a forenzní chemii.

Závěr

Studie ukázala, že heartcutting multidimenzionální GC–GC s modulárními LTM ohřívači GERSTEL-MACH a sofistikovaným přepínacím systémem MCS poskytuje flexibilní, rychlý a vysoce separační přístup k identifikaci složitých a stopových látek v reálných vzorcích. Postup čtyř klíčových kroků (dostatečné zatížení kolony, identifikace zón, heartcut přenos, MS identifikace) se jeví jako univerzální protokol pro rozsáhlé analytické aplikace.

Reference

1. Pfannkoch EA, Kinton VR, Whitecavage JA. Multidimensional GC Analysis of Complex Samples. Gerstel Application Note 2/2005.