Dari Konsep Teoretis ke Standar Industri
Kromatografi gas kapiler (CGC) diperkenalkan sekitar 60 tahun yang lalu dan telah berkembang melalui banyak tonggak perkembangan menjadi alat yang sangat diperlukan di banyak laboratorium analitik. Para penulis mendapat hak istimewa untuk menyaksikan dan berpartisipasi aktif dalam pertumbuhan teknologi CGC hingga saat ini. Merupakan perjalanan yang mengasyikkan dan sangat bermanfaat untuk melihat bagaimana metode analitik berbasis CGC telah berkontribusi pada pemahaman yang lebih baik tentang proses dan produk industri, kontrol kualitas pada makanan, obat-obatan, dan produk konsumen, perlindungan lingkungan dan kesehatan, dan pada penemuan bahan kimia yang menjadi kuncinya penanda untuk aroma atau penyakit, untuk menyebutkan beberapa aplikasi CGC saja.
Meskipun dasar-dasar CGC telah dijelaskan oleh Marcel Golay pada akhir 1950-an, GC yang awalnya menggunakan kolom kapiler logam dan kemudian kaca tidak cukup kuat untuk diterapkan di lingkungan industri, dan GC menggunakan kolom yang dikemas tetap menjadi standar sampai pengenalan fusi. kolom silika pada akhir tahun 1970-an. Di Universitas Ghent di Belgia, kami telah berkontribusi pada teknologi kolom GC kapiler melalui pengembangan dan optimalisasi pelapis fase diam, pengikatan silang fase diam dan imobilisasi, melalui sintesis fase diam baru dan untuk pengembangan dan evaluasi GC instrumentasi, termasuk saluran masuk CGC khusus (split/splitless, cool on-column, dan penguapan suhu terprogram) dan detektor CGC. Bersama dengan banyak kelompok penelitian akademis dan industri, hal ini menghasilkan instrumentasi dan kolom GC berkinerja tinggi. Menurut pendapat kami, tonggak penting adalah pengembangan dan pengenalan instrumentasi khusus, misalnya oleh Carlo Erba di Eropa dan oleh Hewlett Packard di AS. Pada pertengahan 1990-an, instrumentasi CGC tersedia dengan inlet dan detektor canggih, dengan kontrol tekanan/aliran elektronik, diagnostik terpasang, dan opsi seperti penguncian waktu retensi dan kalkulator terjemahan metode, seperti yang dapat ditemukan. di HP 6890. Di RIC, kami segera dapat memperoleh manfaat dari kinerja yang luar biasa tersebut, seperti yang diilustrasikan oleh analisis hidrokarbon terperinci yang dapat digunakan untuk pengendalian bahan bakar dalam balapan Formula 1 (“kasus Schumacher 1995”), dan dengan hasil tinggi polychlorinated biphenyl (PCB), diterapkan di RIC selama krisis dioksin Belgia (PCB) pada tahun 1999.
Menuju Milenium Baru
Sejak milenium baru, revolusi teknologi GC telah berubah menjadi sebuah evolusi. Instrumen GC baru telah lebih ditingkatkan dalam hal keramahan pengguna dan kekokohan. Alat digabungkan yang meningkatkan produktivitas dan mengurangi waktu henti. Misalnya, teknologi aliran kapiler memfasilitasi penggabungan celah retensi dan kolom, memungkinkan pembilasan kolom, memungkinkan pemisahan limbah ke beberapa detektor dan membuat GC multidimensi dapat diterapkan di industri dan laboratorium rutin.
Saat ini, CGC sering dianggap sebagai teknik yang “matang”. Menurut pendapat kami, ini benar, tetapi itu tidak berarti bahwa teknik tersebut menurun atau tidak ada kemajuan lebih lanjut yang dapat dilakukan. Mature berarti kinerja tinggi, ketangguhan, dan penerapan luas dalam lingkungan rutin dan industri.
Sejalan dengan evolusi peralatan CGC, kami telah menemukan revolusi spektakuler dalam spektrometer massa yang dapat dihubungkan dengan CGC. Perhatikan bahwa karena sifat fase gerak gas, komersialisasi sistem spektrometri massa (MS) CGC jauh lebih cepat dibandingkan dengan teknik kromatografi lainnya! Selain sistem quadrupole tunggal yang sangat kuat dan sensitif, laboratorium memiliki akses ke triple quadrupole MS, time‑of‑flight (TOF-) MS, quadrupole TOF‑MS, dan instrumentasi orbital trap MS, bergantung pada aplikasinya. Hal ini mengakibatkan kecenderungan dari sebagian besar analisis senyawa target, seperti yang diketahui dari metode pengaturan klasik, misalnya, EPA, menuju skrining yang tidak ditargetkan, seperti yang diterapkan dalam berbagai pendekatan “omics” (metabolomik, foodomics, volatolomik).
Konsekuensi penting dari revolusi ini adalah bahwa seseorang dapat menaruh semua kepercayaan pada spektrometer massa dan “menurunkan” sistem GC ke semacam “MS‑inlet”. Kekuatan spektrometer massa kelas atas, menurut pendapat kami, hanya dapat dieksploitasi sepenuhnya jika digabungkan dengan pemisahan CGC berperforma tinggi (jalur aliran lembam, pengenalan sampel yang benar, parameter CGC yang benar). Meskipun bukan topik dari artikel ini, kami ingin menyebutkan bahwa ini juga berlaku untuk pemilihan prosedur penyiapan sampel: semakin baik persiapan sampel, semakin baik data MS-nya. Spektrometer massa yang bagus tidak akan berfungsi dengan baik jika sumber ion kelebihan beban dengan kotoran!
Jantung GC: Kolom GC
(r) evolusi dalam sensitivitas yang dapat diperoleh dengan peralatan CGC-MS yang canggih juga memiliki pengaruh penting pada pengembangan kolom kapiler. Pada tahun 1980-90an, berbagai fase stasioner dikembangkan untuk CGC, dengan fokus pada selektivitas. Kolom khusus menjadi tersedia untuk aplikasi khusus, seperti senyawa organik yang mudah menguap (“kolom tipe 624”, “VRX”), PCB, dan hidrokarbon aromatik polisiklik (PAH). Dikombinasikan dengan peningkatan sensitivitas detektor, kriteria kolom lainnya menjadi lebih penting. Oleh karena itu, perkembangan baru dalam teknologi kolom CGC harus menjadikan ini sebagai fokus. Jika detektor MS mampu “deconvoluting” zat terlarut, resolusi kromatografi menjadi kurang penting, sedangkan kelembaman dan perdarahan kolom sangat penting untuk analisis jejak. Ini juga berarti bahwa pengujian kolom harus dilakukan dengan cara yang lebih kritis—tidak hanya dengan menyuntikkan campuran uji klasik pada 1000 ng/μL menggunakan injeksi terpisah 1:100. Ingatlah bahwa pengujian yang paling kritis adalah sampel Anda.
Jelas, dalam kasus spesiasi isomer, MS tidak dapat memberikan solusi dan pemisahan CGC sangat penting. Untuk itu, masih ada ruang untuk pengembangan kolom “khusus” yang memiliki selektivitas pelengkap, misalnya berdasarkan bentuk selektivitas, kiralitas, atau interaksi spesifik dengan gugus fungsi. Penelitian fase diam baru seperti cairan ionik (polimer) atau kaliks-arena terlihat sangat menjanjikan dalam hal ini.
GC×Kasus GC
Komprehensif GC (atau GC×GC) sering dianggap sebagai tonggak paling penting dalam evolusi kromatografi gas sejak tahun 1990-an. Teknik ini dikembangkan dan konsep pertama didemonstrasikan lebih dari 25 tahun yang lalu. Terlepas dari ratusan publikasi, buku, dan simposium khusus, penerapan instrumentasi dan metode GC×GC di laboratorium industri agak terbatas, kecuali industri petrokimia. Kami melihat dua alasan di sini. Pertama, peningkatan lebih lanjut dalam perangkat keras dan (terutama) perangkat lunak diperlukan untuk membawa peralatan ke tingkat yang lebih ramah pengguna, untuk menawarkan alur kerja yang andal dan transparan dari injeksi hingga laporan. Selain itu, teknik harus diposisikan dengan benar oleh protagonis teknik dan tidak diterapkan pada analisis yang secara kualitatif dan kuantitatif dapat dilakukan dengan sangat baik menggunakan GC satu dimensi klasik. GC×GC sama sekali bukan pengganti 1D-GC atau GC–MS; itu harus melengkapinya dan diterapkan pada aplikasi yang memerlukan pencitraan sampel, pemisahan tipe kelompok, dan kapasitas puncak yang jauh lebih tinggi. Kami mengalami situasi yang sama ketika (kapiler) SFC diperkenalkan. Pernah diyakini bahwa cSFC akan menggantikan GC dan kromatografi cair (LC). Oleh karena itu, penelitian di GC×GC seharusnya tidak membuat kesalahan yang sama. Teknik ini memiliki potensi yang jelas, dapat memberikan hasil yang bagus dalam beberapa aplikasi, tetapi sebaiknya hanya diterapkan jika diperlukan.
Masa Depan GC
Kami yakin bahwa teknologi CGC akan terus berkembang. Evolusi ini harus fokus pada peningkatan produktivitas, kegunaan, energi, pemilihan gas, dan konsumsi lebih lanjut. Teknologi pemanas kolom baru telah diterapkan dalam massa termal rendah (LTM, kolom panas resistif) dan platform CGC baru-baru ini. Pendekatan ini secara drastis mengurangi konsumsi energi, tetapi pengguna harus beradaptasi dengan keterbatasan, seperti fakta bahwa pemangkasan kolom tidak lagi memungkinkan dan kolom menjadi lebih mahal.
Dalam beberapa dekade terakhir, penelitian akademik telah mengeksplorasi banyak cara untuk mengecilkan instrumen GC, akhirnya ke format chip-GC. Sistem mikro-GC tersedia secara komersial dan berhasil diterapkan dalam analisis gas (pemisahan gas permanen), tetapi untuk aplikasi di bidang lain, banyak masalah yang dihadapi. Ini sering berhubungan dengan meremehkan kompleksitas pengenalan sampel di GC (disebut Tumit Achilles dari GC), peran kapasitas zat terlarut, dan kapasitas puncak yang dibutuhkan. Demonstrasi pemisahan mikro-GC menggunakan a injeksi terpisah dari campuran standar zat terlarut uji, pada tingkat konsentrasi tinggi dan sama, misalnya, tidak benar-benar mencerminkan situasi kehidupan nyata di mana zat terlarut hadir dalam sampel pada tingkat konsentrasi yang menjangkau beberapa urutan besarnya. Injeksi tanpa pemisahan 1 μL pelarut organik sudah dapat menghasilkan volume gas melebihi volume seluruh kolom mikro-GC. Dalam hal ini, sangat penting bahwa R&D dalam sistem GC miniatur mengingat persyaratan aplikasi nyata.
Teknik Matang untuk Jangkauan Aplikasi yang Lebih Luas
Bagi kami, CGC, CGC–MS, dan GC×GC semuanya memiliki masa depan yang cerah. Teknologi akan berkembang, didorong oleh kebutuhan akan produktivitas yang lebih tinggi, biaya yang lebih rendah, miniaturisasi, dan tren menuju teknologi yang lebih ramah lingkungan. CGC saat ini sedang diterapkan di lebih banyak industri, di luar “pekarangan rumah” klasik seperti area aplikasi petrokimia, lingkungan, dan keamanan pangan. Masih ada berbagai macam aplikasi potensial untuk ditemukan dalam ilmu kehidupan, daur ulang produk, pasokan energi baru (karakterisasi baterai), dan banyak lagi.
Frank David adalah ilmuwan utama di grup RIC, Kortrijk, Belgia.
Pat Sandra adalah pendiri dan penasihat grup RIC dan profesor emeritus, Universitas Ghent, Belgia.
