Merck
主页气相色谱分析(GC)氢:氦气的替代载气

氢:氦气的替代载气

Robert F. Wallace , Leonard M. Sidisky

Reporter US, Volume 26.3

简介

用于气相色谱(GC)的载气应为惰性气体,不能与样品组分发生反应。其主要作用是将汽化的溶质分子输送至并通过色谱柱。载气的选择及其使用的线速度都会影响检测的分辨率和保留时间。

氮气、氢气和氦气是当今色谱工作者使用最广泛的气体。每种气体都有其独特的优点和缺点。氮气表现出最佳的效率,但需在较低和较窄的线性速度范围内。因此,使用它作为载气进行检测会非常缓慢,并且不是进行温度程序化检测的绝佳选择。氢气在宽线速度范围内可提供最快的分析速度。但是,其安全问题必须先得到解决。考虑到效率和分析时间,氦气是氮气和氢气之间的折衷选择。然而,氦气正成为载气的一种昂贵选择。让我们来看看并比较使用氢气来替代氦气的优势。

氢气作为载气的好处:速度1

适用于开管柱的Golay理论预测表明最佳气体速度与扩散率成正比。氢气具有比氦气更高的扩散性,因此其最佳线速度更高并且可以在更高的流速下使用,同时不会对效率造成不利影响。具体地说,在等温分析条件下,氢的典型线速度为40厘米/秒,这是氦气最佳线速度(20厘米/秒)的两倍。因此,即使在保持柱尺寸和炉箱条件恒定的情况下,简单地切换到氢载气也可以减少预期的分析时间。

图12通过分离16种常用的多核芳烃来说明氦气的这些益处。该分析在是15m×0.10mm内径的0.10μm Equity®-5柱中进行的。使用快速程序升温速率以氦气的最佳线速度将运行时间减少到小于12分钟。在相同条件下切换至氢载气(在其最佳线速度下)使得运行时间减少了25%。

氦

图 1.氦气(28083-U)

氢

图 2.氢气(28083-U)

氢气作为载气的好处:速度2

为了减少分析时间,如果让载气以高于最佳线速度运行会如何?具有更平坦Golay曲线的氢气可以在宽范围的线速度下操作,同时保持相当于理论塔板(HETP)的低高度。这使得研究人员可以使用高于最佳的线速度而几乎不降低效率,从而缩短分析时间。

氢气作为载气的好处:成本1

2006年氦气短缺现象开始显现。人们必须从地面提取氦气然后进行精制。然而,目前没有足够的炼油厂来满足日益增长的需求,例如医疗、科学和工业领域的应用。结果导致氦气成为价格上涨的稀有商品。然而,由于氢气产量不依赖于这些因素,因此氢气的价格却没有大幅上涨。

氢气作为载气的好处:成本2 /安全

由于没有氦气发生器可用,因此只能在昂贵的气罐中获得。氢气也可以在气罐中使用,但也可以使用气体发生器在现场生成。除了从成本角度来看,氢气是一种更明智的气体来源,发电机更安全、更美观,占用空间少,并且不需要花费劳动力在实验室周围移动笨重的气缸。氢气发生器比气罐更安全是由于其在相对低的压力下存储最小量的氢气。

结论

与其他GC载气选择相比,氢气具有多种特征(更高的最佳线速度和更平坦的Golay曲线),可带来理想的好处(减少分析时间)。如果精确地以最佳线速度运行,氢气需要更短的分析时间。由于氢气具有最平坦的Golay曲线,因此GC可以以更高的线速度运行,而不会显著降低效率。只要采用适当的安全控制措施,氢气具有广泛的工作范围,其可能是更适合毛细管气相色谱的载气选择。

参考文献

1.
Sidisky. 2008. Carrier Gas Selection: Helium versus Hydrogen. Pittsburgh Conference Seminar;
2.
Stenerson K, Sidisky L, Baney G. Fast GC in Environmental Analysis.
4.
Wallace RF, Buchanan MD. 2007. Generate High Purity Gas with Reliability and Safety. 25.5:11