In twee dimensies

Special Chromatografie | Hans-Gerd Janssen over de doorbraak van tweedimensionale GC
‘Het motortje
draait goed’
Met gebruiksvriendelijke bediening, slimme interpretatiesoftware en opgezette methodes is
2D-gaschromatografie voor steeds meer researchlabs inzetbaar. Toch is GCxGC nog niet
‘plug & play’. De academia blijven belangrijk voor de technische optimalisatie, stelt
Hans-Gerd Janssen, professor bio-macromoleculaire scheidingstechnieken aan de UvA.
Bron: Laboratorium Magazine 07-2013
Auteur: Vincent Hentzepeter | Fotografie: Foodnote
“We hebben het toestel een beetje gemodi-
wijst hij breed lachend naar een GCxGC-
genoemd in publicaties. Dat geeft naams-
ficeerd. Het ziet er als researchinstrument
instrument van Zoex. Het instrument draait
bekendheid aan de leverancier. De samen-
niet zo mooi uit. Leuke uitdaging om het
nu zo’n 3 jaar en werd gesponsord. “Wij
werking tussen instrumentenfirma’s en aca-
fraai op de foto te zetten.” Het is Hans-
hebben een deal met JSB. In ruil voor het
demia voor technische en softwarematige
Gerd Janssen ten voeten uit. In een van de
gebruik komen wij met suggesties en op-
optimalisatie van GCxGC werkt uitstekend.
labzalen van de Universiteit van Amsterdam
lossingen voor verbetering van de techniek
JSB en andere instrumentenfirma’s kunnen
(UvA) in Science Park Watergraafsmeer
en de software. Verder wordt de apparatuur
onze wilde ideeën omzetten in iets dat voor
‘mensen’ in de praktijk bruikbaar is.” Kruisbestuiving over en weer, want niemand kan
In twee dimensies
het in zijn eentje. “Ik noem dat het motortje, en dat draait goed met deze technieken.
Best bijzonder, want dat samenwerkings-
Conventioneel
capillair
injectiesysteem
Focus op pulsen
van <= 10 ms
en reïnjectie
Snelle detector,
bemonsteringssnelheid
>= 100 Hz
model werkt lang niet altijd.”
2D-plaatje
Terug naar de techniek. Bij GC x GC wordt
het monster na scheiding op een eerste ko-
Eerste kolom
(apolair)
Tweede kolom
(polair)
lom nog eens gescheiden op een tweede,
veel kortere kolom met een andere stationaire fase. Er vindt om de paar seconden
een injectie plaats op de tweede kolom, van
Modulator
Conventionele
capillaire kolom
100 - 150 x
sneller dan
eerste kolom
de componenten die kort na elkaar uit de
eerste kolom elueren. Wat er in een een
dimensionaal chromatogram uitziet als één
grote piek, blijkt in het 2D-plaatje uit diverse
Bij GCxGC staat het eluerende monster uit de eerste kolom, meestal een apolaire, afwisselend bloot aan een koude en warme luchtstroom. Met een koudestraal wordt de fractie
vier seconden ingevangen (trapping), waardoor moleculen tegen de kolomwand aan
gaan zitten en opgenomen worden in de stationaire fase. Een warmtestraal brengt ze terug naar de mobiele (gas)fase. De fractie van de eerste dimensie wordt vervolgens snel
gereïnjecteerd op de tweede kolom, meestal een polaire. Waar de eerste kolom bij GCxGC een normale lengte heeft van dertig meter, is de tweede kolom sterk ingekort. In deze
opstelling is hij één meter lang, goed voor een piekcapaciteit van circa tien. Er kunnen
dus ongeveer tien stoffen per injectie elueren. Na voorscheiding op de eerste kolom is dit
voldoende voor een hogeresolutieplaatje.
kleinere te bestaan. Zo worden allerlei
details zichtbaar die verborgen blijven bij
een reguliere scheiding over één kolom.
“De resolutie, dus het vrijkrijgen van de kleine pieken, verbetert sterk”, vat Janssen samen. “Dat leidt ook tot een toename van de
gevoeligheid. Omdat de piek hoger is,
steekt hij meer boven de ruis uit.”
Het GCxGC-proces is goed onder controle
te houden door een cryogene modulator,
een Zoex-patent. Deze injecteert koud stik-
Boven: Hans-Gerd Janssen toont het interieur van deze
GCxGC van Zoex.
Links: Detail van de kolommen en modulator.
Het onderdeel waar op wordt gewezen, zorgt voor
de hete jet. Haaks hierop staat het onderdeel van
de koude jet (bij de pincetpunt). De korte, tweede
kolom hangt hiertussen en is opgehangen in de
schuinstaande houder (rechter bovenhoek).
ten kost een ervaren analist hier een week!
Dit apparaat heeft GC image als software.
Je moet eraan wennen, maar het is technisch slim. Daardoor heb je geen academische postdocs meer nodig om de boel op
te zetten of je data te interpreteren.”
stofgas op het einde van de eerste kolom.
situaties wordt ingezet. Janssen schat in
“Door de kou lopen de componenten zich
dat het aantal opstellingen in Nederland in
aan het eind van de eerste kolom te pletter
tien jaar tijd gegroeid is van zo’n twintig
Twee tegelijk
tegen een muur. Het proces stopt, vervol-
naar dik honderd. De cijfers bewijzen dat
Bij de methodeontwikkeling komt fingerspit-
gens warm je de hele groep snel op en dan
tweedimensionale GC is doorgebroken in
zengefühl kijken. “Er is software om de di-
gaan ze tegelijk de tweede kolom in. Elke
de researchlabs. “Comprehensive GCxGC
mensies van de kolommen, de lengte en
4 seconden hoor je een pufje, dan blaast er
was al jaren voor iedereen inzetbaar, maar
filmdikte onderling af te stemmen. We heb-
hete lucht in.”
Kant-en-klare methoden
Er hangt natuurlijk een prijskaartje aan
GCxGC. Toch is de prijs-kwaliteitverhouding van deze techniek prima, meent Jans-
‘Door de kou lopen de componenten zich aan
het eind van de eerste kolom te pletter’
sen. “Voor drie keer de prijs van een gewone GC heb je een vijf tot tien keer betere
het heeft lang geduurd voor er apparaten
ben hiervoor ook een methode ontwikkeld.
piekcapaciteit en gevoeligheid!”
waren met kant-en-klare methoden voor de
De chemie van de stationaire fasen moet je
Dit en het goed geoliede ‘motortje‘ maken
meest gebruikte toepassingen. Dat willen
nog wel experimenteel kiezen en dat moet
dat GCxGC in steeds meer onderzoeks
de meeste gebruikers. Een methode opzet-
met twee kolommen tegelijk. De ene goed
Nummer 7-2013 | Laboratorium Magazine
maken en dan de tweede aanpassen, werkt
niet. Soms moet je accepteren dat de eerste scheiding minder goed is, omdat de
tweede dan juist beter is. Dat is lastig.”
Vetzuurprofilering
GCxGC zit historisch sterk in de petro
chemie, maar rukt ook op in de voedingsmiddelenanalyse. “Met name sporenana
lyse van pesticiden en de bepaling van
smaakcomponenten, bacterie-identificatie
en vetzuuranalyse voor voeding. Als je geïnteresseerd bent in groepen als de enkelvoudig onverzadigde, meervoudig onverzadigde, verzadigde en transvetzuren en het
totaal van de groepen, dan kun je dat met
deze techniek heel erg mooi zien.” Deze
vorm van vetzuurprofilering doet denken
Het softwareprogramma GC image tovert dit soort 2D-plaatjes op het scherm.
aan de toepassingen van GCxGC in de
Zuinigheid
Er is echter ook een nadeel aan deze zui-
aardolie-industrie, waar de techniek zijn
Stikstofgebruik kan een kostenpost zijn bij
nigheid van de Zoex-opstelling. “Omdat hij
wortels heeft. “Daar gaat het niet om de
GCxGC, waarschuwt Janssen. De werk-
zo zuinig is met stikstof, stroomt er minder
piekcapaciteit, daarvoor is de samenstelling
voorraad van de verrijdbare cilinder naast
door de leiding. Wij vinden dat het gas te
te complex, maar om groepsbeschrijvingen
de opstelling is slechts enkele dagen.
veel opwarmt en hebben de leiding daarom
van alkanen, alkenen, cyclo-alkenen, aro-
“De kosten voor stikstof kunnen doortikken,
extra geïsoleerd met isolatieschuim. Dat is
maten, enzovoort.”
zeker in kleinere labs waar ze geen grote
een technisch verbeterpunt, maar zo heb-
opslag hebben, zoals wij hier. Normaal
ben we er weinig last van. Dit is bij Zoex
Gamma-terpentine
wordt er op twee plekken cryogeen ge-
ook wel bekend.”
Tweedimensionale GC heeft ook forensi-
koeld. De eerste koudejet isoleert tijdelijk de
sche toepassingen. Hans-Gerd Janssen
eerste kolom van de tweede, de tweede jet
Overigens kan focusseren ook zonder stikstof. Dit heet flow modulation maar werkt
opent een brandveiligheidskast die vol staat
injecteert de fracties. Zoex heeft dit appa-
minder goed, vindt Janssen. “Daarbij laat
je in de tweede dimensie-kolom een hoge
‘Soms moet je accepteren dat de eerste
scheiding minder goed is’
gasflow lopen, maar dan verlies je scheiding. Agilent levert die modulator. Die is
wel goedkoper.”
LCxLC
Waar 2D-GC zich richting routinetechniek
met terpentine en lampenolie van verschil-
raat slim ontworpen, waardoor je met één
ontwikkelt, houdt 2D-LC voorlopig een ex-
lende merken. Die worden vaak bij brand-
koudejet twee plekken tegelijk koelt.” Bij de
perimenteel karakter. Het trucje van cryoge-
stichting gebruikt, omdat de dader ze ano-
GCxGC-applicatie van Leco die een labtafel
ne trapping om fracties bij GCxGC even te
niem kan kopen. De brandstoffen en
verder staat en ook een Zoex-modulator
bevriezen om ze geclusterd de tweede ko-
oplosmiddelen zijn generiek en (vrijwel) ge-
heeft, is dat niet zo. “Die gebruikt daarom
lom op te sturen, werkt bij LC niet vanwege
lijk van samenstelling. De verpakkingen ver-
het dubbele aan stikstof.”
de brede fracties. “Terwijl de tweede di-
schillen wel en hieruit oplossende componenten kunnen ervoor zorgen dat een
terpentine uit een fles van AH misschien
toch te onderscheiden is van een Gammaterpentine. Interessant voor justitie, die zo
kan achterhalen waar de brandstof is gekocht. Promovenda Andjoe Sampat ontwikkelt nu op de UvA in samenwerking met
professor Arian van Asten van het Nederlands Forensisch Instituut methodes om de
herkomst van brandstoffen en oplosmiddelen te kunnen achterhalen. “Het is de bedoeling dat deze methodes als routineanalyses ingezet kunnen worden door het NFI,
die dan bijvoorbeeld sporen terpentine op
Smaak- en fraudeonderzoek
Anders dan bij hogeresolutiescheiding gaat het bij profileringstoepassingen niet om het bepalen van alle afzonderlijke stoffen en het kleinste piekje, maar om het onderscheiden van
monsters met een bepaald karakter. Het profiel dat dit oplevert, kan bijvoorbeeld informatie
geven over de smaakeigenschappen van een koffiesoort. Is hij mild, pittig of zijn er nare bittere ondertonen? De extra resolutie bij een 2D-analyse kan verklaren waarom bij sensorisch onderzoek koffiesoort A goed scoorde, maar B niet lekker werd gevonden. Op net
zo’n manier is vast te stellen of een Italiaanse olijfolie niet versneden is met bijvoorbeeld
raapolie en notenolie. Bij eendimensionale GC is dit in het chromatogram niet te zien.
Door piekoverlap oogt het piekenpatroon van versneden olie als normale olijfolie. Bij tweedimensionale scheiding komen verschillen wel aan het licht, omdat vetzuurgroepen die
gelijk elueren uit de eerste kolom, in de tweede kolom uit elkaar getrokken worden.
herkomst kan profileren.”
Nummer 7-2013 | Laboratorium Magazine
mensie daar nog belangrijker is, want LC
heeft slechtere piekcapaciteiten. En de
noodzaak is er meer. GC doe je voor kleine,
vluchtige moleculen. LC voor grotere moleculen, waar er veel meer van zijn.“
Refocusseren is problematisch bij LCxLC.
Janssen somt op: “Je moet nog meer
aandacht besteden aan de kolomkeuze.
De componenten moeten netjes elueren
van de eerste kolom en in de mobiele fase
op de tweede kolom sterk vertraagd zijn
voor opscherping van de banden.”
Een massaspectrometer achter de LC biedt
soelaas, maar vergt een forse investering.
“MS biedt de gewenste extra scheiding,
maar is duur. Met LCxLC heb je een goedkopere oplossing.”
De hele opstelling van bovenaf, met rechts het stikstofvat.
Schuiven
honderd procent zekerheid bij je identifica-
wordt en dat MS de klus alleen wel aankan.
Vraag blijft wat 2D-GC nu eigenlijk toevoegt
tie, dan zou je hem dus achter je GCxGC
Maar zo’n vaart loopt dat niet, bezweert
aan gaschromatografie met massaspectro-
moeten hangen. Maar gebruik je MS alleen
Janssen. “Zonder voorscheiding worden
metrie, dat al jaren een routinetechniek is.
voor een stukje scheidingskracht, dan kun
alle moleculen tegelijk geïoniseerd met als
“Bij GC-MS zijn de zekerheid van de identi-
je hem vervangen door een GCxGC. Dat
risico dat ze elkaar beïnvloeden. Pas als dat
ficatie door de massaspectrometer en de
scheelt een investering.”
probleem is opgelost, is de noodzaak voor
retentietijden beter. Die schuiven wat in GC.
chromatografie weg. Dat duurt nog heel
Ook is er in GC een kans dat verschillende
Noodzaak
stoffen tegelijkertijd elueren, zelfs in GCxGC
Tijdens HPLC2013 werd al geopperd dat
omscholen voor mijn pensioen, over 17
is die kans niet nul. Gebruik je de MS voor
chromatografie op termijn zelfs overbodig
jaar, haha!” LM
lang. Ik denk niet dat ik me hoef te laten

Download Report