ZELENÁ KAPALINOVÁ CHROMATOGRAFIE PRO JEDNODUCHÉ APLIKACE

Význam tématu

Green (zelená) chemie i zelená analytická chemie usilují o minimalizaci používání nebezpečných látek, spotřeby energie a vzniku odpadů v analytických postupech. Kapalinová chromatografie je v běžné praxi jednou z nejrozšířenějších technik, avšak vyžaduje značné objemy organických rozpouštědel a intenzivní termostatování kolony. Miniaturizace separačního systému do nanokolon výrazně snižuje spotřebu mobilní fáze, energetické nároky i objem generovaného odpadu, čímž přispívá k praktickému naplnění dvanácti principů zelené analytické chemie.

Cíle a přehled studie

Práce předkládá jednoduchou laboratorní sestavu pro zelenou kapalinovou chromatografii na nanokoloně o vnitřním průměru 100 µm využívající vysokotlakou stříkačku jako konstantní pumpu bez přídavné spotřeby elektrické energie. Cílem bylo demonstrovat spolehlivost, stabilitu průtoku a reprodukovatelnost separací izokratické směsi výbušnin (EPA 8330 mix A) při průtoku pod 0,5 µl·min⁻¹.

Použitá metodika a instrumentace

Vystavěná nano-LC platforma obsahovala:

• vysokotlakou stříkačku (250 µl, max.40 MPa) zatíženou závažím pro nastavení konstantního tlaku,
• manuální šestipolohový dávkovací ventil s externí smyčkou (100 nl),
• kapilární kolonu 100 µm i.d. × 50 mm plněnou Kinetex 2,6 µm C18,
• UV fotometrický detektor upravený pro automatičtě vedenou křemennou kapiláru (100 µm i.d.),
• počítač s A/D převodníkem a softwarem Clarity pro sběr dat.

Jako mobilní fáze sloužil methanol (30 % v/v) při 25 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Test těsnosti systému potvrdil, že při tlaku 20,8 MPa nedochází k úniku mobilní fáze pístem stříkačky. Měření permeability kolony podle Darcyho zákona vyústilo ve výpočet B₀=4,6·10⁻¹⁵ m², což při 14,5 MPa a viskozitě methanolu (1,48·10⁻³ Pa·s) odpovídá stabilnímu průtoku 0,43 µl·min⁻¹. Osm po sobě jdoucích analýz směsi EPA 8330 mix A ukázalo RSD retenčních časů <1 % a ploch píků <10 %, což ukazuje na dobrou opakovatelnost i bez automatizovaného dávkování.

Přínosy a praktické využití metody

Systém přináší následující benefity:

• extrémně nízká spotřeba rozpouštědel (řádově stovky nL na anál),
• nulová spotřeba el. energie pumpy,
• minimální produkce odpadní fáze,
• nízké pořizovací i provozní náklady,
• vhodné pro vývoj metod, průběžné testování a výuku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování pokrývá:

• integraci nano-LC s MS detekcí pro zvýšení selektivity a citlivosti,
• automatizaci nanoinjekcí či využití mikrofluidních systémů,
• aplikaci obnovitelných či bio-odvoditelných rozpouštědel,
• rozšíření principů green analytical chemistry do širokého spektra rutinních i výzkumných analýz.

Závěr

Popsaný experiment představuje funkční, levnou a ekologicky šetrnou nano-LC platformu, která umožňuje izokratické separace s minimální spotřebou rozpouštědel a energie při zachování analytické výkonnosti. Je ideální pro metodický vývoj, vzdělávací aplikace i rutinní kontrolu, a přispívá tak k prosazení zelených principů v chromatografii.

Reference

• Anastas P. T., Warner J. C.: Green Chemistry: Theory and Practice. Oxford University Press, New York 1998.
• Namiesnik J.: J. Sep. Sci. 24, 151 (2001).
• Armenta S., Garrigues S., de la Guardia M.: Trends Anal. Chem. 27, 497 (2008).
• Gałuszka A., Migaszewski Z., Namieśnik J.: Trends Anal. Chem. 50, 78 (2013).
• Sandra P., Vanhoenacker G., David F., Sandra K., Pereira A.: LC GC Eur. 23, 242 (2010).
• Plotka J., Tobiszewski M., Sulej A. M., Gorecki T., Namiesnik J.: J. Chromatogr. A 1307, 1 (2013).
• Vanhoenacker G., Sandra P.: J. Sep. Sci. 29, 1822 (2006).
• Meiring H. D., van der Heeft E., ten Hove G. J., de Jong A. P. J. M.: J. Sep. Sci. 25, 557 (2002).
• Cramers C. A., Rijks J. A., Schutjes C. P. M.: Chromatographia 14, 439 (1981).
• Franc M.: Chem. Listy 103, 160 (2009).
• Kahle V., Janeček M.: Chem. Listy 83, 867 (1989).
• Thompson J. W., Kaiser T. J., Jorgenson J. W.: J. Chromatogr. A 1134, 201 (2006).
• EPA Green Chemistry Basics. http://www2.epa.gov/green-chemistry/basics-green-chemistry#definition (staženo 14. 10. 2013).