Increase GC Speed without Sacrificing Resolution: The Principles of Fast GC

Význam tématu

Rychlá plynová chromatografie (Fast GC) výrazně zkracuje dobu analýzy bez ztráty rozlišení, což umožňuje laboratorím zpracovat více vzorků za jednotku času a tím snížit náklady i zvýšit výnos. Uplatnění Fast GC je klíčové v oblastech s vysokým provozním vytížením, například v environmentálních, potravinářských, petrochemických, klinických či forenzních laboratořích.

Cíle a přehled studie

Prezentovaný materiál definuje koncept Fast GC, vysvětluje jeho význam, popisuje šest základních principů a demonstruje praktické dopady na modelové aplikace (BTEX, PAH, FAME, těkavé a semitěkavé látky). Ukazuje, jak na stávající instrumentaci aplikovat kombinaci parametrů pro optimalizaci doby běhu bez kompromisu kvality separation.

Použitá metodika a instrumentace

Analýza Fast GC staví na následujících parametrech:

• Kolony: kratší délka, úzký vnitřní průměr (0,10–0,18 mm) a tenká vrstva stacionární fáze (0,10–0,18 µm)
• Rychlé teplotní programy: rampy až desítky °C/min podle teplotního rozsahu
• Nosičový plyn a jeho lineární rychlost: ideálně vodík při 40–90 cm/s, alternativně helium
• Volba stacionární fáze: nepolární (5 % fenyl/95 % dimetylpolysiloxan) i vysoce polární (SP-2560, SUPELCOWAX, TCEP)
• Detektory: FID, ECD i hmotnostní detektor (MSD) v režimu sken či SIM

Instrumentace je postavena na běžných GC a GC–MS systémech vybavených kapilárními kolony SLB-5ms, SPB-624, Equity-1, Equity-5, SP-2560, SUPELCOWAX či Omegawax, s možností rychlého ohřevu a vhodným vstřikovacím systémem (split/splitless, PTV, SPME).

Hlavní výsledky a diskuse

Aplikací Fast GC lze dosáhnout zkrácení doby analýzy až trojnásobně a více (typicky 3–10×) srovnáním klasických metod. Teoretická opora vychází z rovnic popisujících retenční dobu (tR) a efektivní výšku deskových článků (H) dle Golayovy rovnice. Kombinace kratší kolony, vyšší rampy a vyšší lineární rychlosti zkracuje běh, zatímco úzký průměr, nízká tloušťka filmu a použití vodíku obnovují či dokonce zvyšují účinnost separation. Na modelových chromatogramech PAH, FAME i VOC byly dosaženy kratší analýzy s rozlišením srovnatelným nebo lepším než u standardních podmínek.

Přínosy a praktické využití

Fast GC přináší řadu praktických výhod:

• Vyšší propustnost vzorků při stávající kapacitě přístrojů a personálu
• Snížené provozní náklady díky zkráceným běhům a nižší spotřebě plynu
• Možnost implementace na existující chromatografy bez výrazné investice
• Univerzální využití ve více průmyslových odvětvích (environmentální monitoring, potravinářství, petrochemie, klinická diagnostika, forenzní analýzy, aroma a kosmetika)

Konkrétní aplikace zahrnují analýzu těkavých látek ve vodě, semitěkavých organických kontaminantů v půdách, pesticidů a PCB v potravinách, mastných kyselin ve farmaceutických i nutričních profilech, izolovaných aminokyselin i drog ve forenzních ukázkách.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje Fast GC:

• Automatizace a integrace s hmotnostní spektrometrií pro vyšší selektivitu a citlivost
• Další miniaturizace kolon a vývoj nových stacionárních fází optimalizovaných pro extrémní rampy
• Propojení s digitálními platformami a AI pro prediktivní optimalizaci podmínek
• Využití v mikro GC a polních analyzátorech pro snímání kvality vzduchu či průmyslové emise

Závěr

Fast GC představuje univerzální a nákladově efektivní přístup ke zkrácení doby analýzy při zachování nebo zlepšení rozlišení. Díky aplikaci šestice principů lze rychle zvýšit průtok vzorků bez potřeby rozsáhlých investic a otevřít nové možnosti dosažení vyšší laboratorní produktivity.

Reference

Sigma-Aldrich, Application Note „Increase GC Speed without Sacrificing Resolution: The Principles of Fast GC“ (2018).