Zbyněk Plzák (Počátky a historie ČS HPLC)

Absolvent katedry anorganické chemie a radiochemie Vysoké školy chemickotechnologické v Praze, fakulty anorganické technologie (1965). Po řádné aspirantuře na Ústavu teoretických základů chemické techniky ČSAV přešel do Ústavu anorganické chemie AV ČR v Řeži u Prahy a jako vědecký pracovník tam působil celou svou kariéru. Od roku 2008 je emeritním vědeckým pracovníkem AV ČR. Zabýval se výzkumnými pracemi v oblastech chemie a analýza organokovových sloučenin, chemie a analýza boranů, kapalinová a plynová chromatografie, příprava velmi čistých látek, stopová a ultrastopová analýza, analýza hmotnostní spektrometrií, kvalita analytických výsledků a využití analytických separačních metod pro charakterizaci a studium vlastností hydridových a organokovových sloučenin pro monitorování toxických organokovů v životním prostředí. Autor více než 80 původních odborných sdělení, knižních publikací a patentů. Pedagogicky působil v oblasti zabezpečování kvality výsledků chemických analýz na VŠCHT v Praze a Pardubicích a na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. Překladatel odborných textů a norem z oblasti zabezpečování kvality analytických měření, redaktor Chemical Abstracts po dobu 23 let. Recenzent časopisu Analytical and Bioanalytical Chemistry ‐ dříve Fresenius Journal of Analytical Chemistry. Byl i jedním ze zakládajících členů a dlouholetým tajemníkem národní pobočky organizace EURACHEM, evropské organizace zabývající se otázkami kvality analytických měření a problémy akreditací laboratoří.

VYSOKOÚČINNÁ KAPALINOVÁ CHROMATOGRAFIE A JEJÍ APLIKACE NA ANORGANICKÉ KOVALENTNÍ SLOUČENINY

Jak to často bývá, k mému zapojení do vývoje chromatografických technik v pionýrských dobách vysokoúčinné kapalinové přispěla řada náhod a příznivých okolností. Po skončení vědecké aspirantury jsem v roce 1970 nastoupil do Ústavu anorganické chemie ČSAV (ÚACH) do skupiny zabývající se chemií sloučenin boru. Syntéza boranů, karboranů a metaloboranů poskytuje často pestré směsi strukturně velmi podobných látek. V té době procházela vysokoúčinná kapalinová chromatografie (HPLC) prudkým teoretickým a instrumentálním rozvojem. Nabízela pro potřeby analýzy komplikovaných reakčních směsí požadovanou vysokou účinnost dělení, vzhledem k rychlosti dělení a uzavřenému inertnímu systému i separaci méně stabilních látek a v případě potřeby i dělení v preparativním měřítku, což vše bylo pro oblast syntézy deltaedrálních sloučenin boru lákavou nabídkou. Dalším příznivým faktorem na tomto pracovišti bylo, že pro analýzu reakčních směsí byla rutinně využívána tenkovrstvá chromatografie a s její aplikací a materiálovým zabezpečením byly bohaté zkušenosti (44). V prvé polovině osmdesátých let byla v tehdejší ČSSR obtížně dostupná jak potřebná instrumentace, tak i sorbenty pro HPLC. Proto lze považovat za další příznivý faktor pro rozvoj HPLC na ÚACH existenci Vývojových dílen ČSAV, vyrábějících přístroje pro potřeby pracovišť Akademie věd. Vývojové dílny ČSAV tehdy měly ve svém výrobním programu i některé komponenty pro HPLC ‐ čerpadla a UV detektory. Příznivým faktorem byla i technická úroveň ústavních dílen ÚACH, jejichž pracovníci běžně zvládali práci s nerezovou ocelí a pro potřeby tlakových syntéz hydridů v autoklávech měli i zkušenosti se stavbou aparatur pracujících pod tlakem až 200 MPa.

Tato kniha vznikla za vzájemné spolupráce České společnosti pro hmotnostní spektrometrii, české pobočky firmy Thermo Fisher Scientific a firmy Pragolab. Vydání bylo realizováno za sponzorského přispění firem Thermo Fisher Scientific a Pragolab.

ČSHS: Česká společnost pro hmotnostní spektrometrii, česká pobočka firmy Thermo Fisher Scientific, firma Pragolab.

Tak pro potřeby dělení boranů, karboranů a metaloboranů byl v letech 1974‐76 na ÚACH sestaven stavebnicový přístroj pro HPLC, jehož hlavní části tvořily vysokotlaké čerpadlo VCM 150 ev. VCM 300 (Vývojové dílny ČSAV, max. tlak 15 a 30 MPa) alternativně pak vysokotlaké membránové čerpadlo (Ústav makromolekulární chemie ČSAV, max. tlak do 30 MPa) anebo pneumatická pumpa vlastní konstrukce, dávkovač U6K (Waters) či bezseptový dávkovač vlastní konstrukce (45) a pro detekci látek absorbujících v UV oblasti diferenciální UV analyzátor pracující při 254 nm s upravenou kyvetou objemu 10 μl (Vývojové dílny ČSAV). Pro ostatní látky byl zakoupen diferenciální refraktometr firmy Knauer 2025/50. Analytické kolonky o průměru 3,3 mm a délkách 150 ‐ 300 mm stejně tak jako preparativní kolony a další součásti přicházející do styku s mobilní fází byly vyráběny v ústavních dílnách výhradně z nerezové oceli nebo polytetrafluoretylenu.

Příprava sorbentu pro adsorpční chromatografii na silikagelu byla vyřešena vytříděním silikagelu Kieselgel nach Stahl pro TLC (Merck) na vzduchovém třídiči Alpine MZR 100 ve Výzkumném ústavu nerostných surovin v Kutné Hoře a frakce 13 μm a 29 μm byly plněny do kolon pro analytické a preparativní účely. Silikagel uvedeného zrnění byl plněn do kolon v suspensi metodou Coguem (46) na plnícím zařízení zhotoveném na ÚACH. Jako čerpadla pro plnění, umožňujícího rychlý náběh tlaku až do maximálního tlaku až 60 MPa a průtoku 120 ml/min, bylo používáno adaptovaného vstřikovacího čerpadla naftového motoru z Pragy V3S. Tato plnička kolon se velmi osvědčila jak pro přípravu analytických, tak preparativních kolon, její jedinou nevýhodou byla nutnost práce v pozdních odpoledních hodinách, protože zvuková kulisa, kterou plnění kolon v laboratoři provázelo, byla intenzivní a neobvyklá. Obdobná plnící sestava byla úspěšně využívána u prof. Jandery na VŠCHT Pardubice po mnoho let. Kolony naplněné částicemi 13 μm poskytovaly účinnost běžně vyšší než 10 000 teoretických pater/m, což v té době bylo srovnatelné s údaji publikovanými v chromatografické literatuře.

V roce 1976 jsem absolvoval měsíční studijní pobyt na Saarland University, Department of Applied Physical Chemistry v Saarbrückenu, u prof. I. Halásze, jednoho z významných strůjců renesance kapalinové chromatografie ve vysokoúčinnou variantu. Tento studijní pobyt nám pomohl prověřit správnost směru, kterým jsme se při zavádění HPLC na ÚACH ubírali, a dále zdokonalit techniku plnění kolon. To však již začínaly být v tuzemsku komerčně dostupné kvalitní kolony pro HPLC a vlastní přípravu jsme postupně používali jen u kolon pro preparativní chromatografii.

Zavedení vysokoúčinné kapalinové chromatografie na ÚACH bylo velmi zajímavou a úspěšnou episodou mé vědecké kariéry. Bylo velmi příjemné být při tom, když určitý obor procházel bouřlivým vývojem jak v teorii, tak i v instrumentaci. Významnou pomocí byla v té době úzká a plodná spolupráce těch akademických a vysokoškolských pracovišť, které odhadly, že budoucnost analytické vysokoúčinné kapalinové chromatografie patří použití kolon plněných mikročásticemi o zrnění 10 μm a menším

Výstupem práce na ÚACH byla nejen pomoc při syntéze nových sloučenin boru, která by bez účinné analýzy a i preparace jednotlivých látek nebyla bez HPLC možná nebo byla daleko obtížněji proveditelná, ale i celá řada publikací, z nichž ty s chromatografickým zaměřením shrnuje přehledný článek v J. Chromatography (47). V této souvislosti velmi rád vzpomenu na spolupráci s prof. Janákem, který mi velmi pomohl svojí podporou a redakční radou v začátcích publikování našich prací v J. Chromatography. Původní konstrukční řešení stavebnice kapalinového chromatografu a sestavy na plnění kolon vedly i k několika přihláškám vynálezů a zlepšovacím návrhům.

Spolu s kolegy z Ústavu fyzikální chemie a elektrochemie J. Heyrovského ČSAV jsme se zabývali i využitím sorbentu na bázi uhlíkaté černě připravené elektrochemickou redukcí polytetrafluoretylenu jako stacionární fáze pro HPLC (48). Bohužel však přes značný mezinárodní ohlas se nenašlo analytické chromatografické pracoviště v ČR, které by v té době systematicky ve výzkumu chromatografického využití tohoto unikátního uhlíkatého sorbentu pokračovalo, na ÚACH nebyl pro výzkum takového zaměření prostor.

Specifické chemické a fyzikální vlastnosti o‐karboranu nás vedly i k původní přípravě sorbentu s chemicky vázanou fází siloxanového typu, kde použití o‐karboranylové skupiny namísto oktadecylové skupiny slibovalo poskytnout sorbent s unikátní selektivitou. Tato očekávání se nenaplnila do té míry, která by vedla ke komerční přípravě takových sorbentů, jako tomu bylo u teplotně velmi odolných stacionárních fází pro plynovou chromatografii typu DEXSIL.

Uvedený pohled do historie HPLC ukazuje, že již v prvních etapách svého vývoje nalézala HPLC uplatnění i mimo hlavní aplikační oblast organických sloučenin. Ukázala se jako mimořádně efektivní a perspektivní i pro oblast vyšších boranů, heteroboranů a sendvičových sloučenin boru. Od prvních aplikací v této oblasti, i když již s dokonalejší komerční instrumentací, slouží dosud jako rutinní a nepostradatelná metodika jak pro analýzu složitých reakčních směsí, tak i pro isolaci látek ze směsí v preparativním měřítku.