کمبود هلیوم و یافتن جایگزین هایی برای کروماتوگرافی گازی

تقریباً برای یک دهه، در دسترس بودن هلیوم و قیمت آن یکی از زمینه‌های اصلی نگرانی برای آزمایشگاه‌های آنالیز در سراسر جهان بوده است که از این گاز در دستگاه های مختلف استفاده می کرده اند. از طرف دیگر همه‌گیری کووید-19 نیز مشکلات را برای آزمایشگاه‌ها تشدید کرده است زیرا زنجیره‌های تامین جهانی گاز تحت تأثیر آن قرار گرفته و تامین اکسیژن به بخش پزشکی را در اولویت قرار داده اند. یکی از کاربردهای گاز هلیوم در دستگاه آنالیز کروماتوگرافی گازی است که با توجه به کمبود هلیوم، تلاش هایی برای جایگزینی آن با گازهای در دسترس، انجام شده که در ادامه بیشتر با آن ها آشنا خواهیم شد.

کمبود هلیوم 1.0 و 2.0

کمبود هلیوم 1.0، در سال 2013، به دلیل طوفانی کامل از خرابی و تعطیلی تجهیزات پالایشگاهی در سراسر جهان ایجاد شد که باعث اختلال در عرضه گردید. این عوامل، همراه با افزایش تقاضا برای هلیوم از کشورهای تازه صنعتی شده مانند چین، به این معنی بود که با کمبود عرضه، مشتریان با افزایش شدید قیمت و مشکلات عرضه مواجه شدند. به دنبال کمبود 1.0، دولت آمریکا قانون نظارت بر هلیوم را در سال 2013 اجرا کرد، که این امر موجب تثبیت عرضه جهانی شد و به دیگر تولیدکنندگان جهانی هلیوم زمان داد تا تولید را افزایش دهند و کارایی زنجیره تامین را بهبود بخشند. با این حال، با ادامه افزایش تقاضا برای هلیوم، کمبود 2.0 در بسیاری از مناطق جهانی در طول سال 2019 و تا سال 2020 تجربه شد زیرا تامین کنندگان گاز، عرضه را محدود کردند و موجب شدند آزمایشگاهها کمبود و افزایش قیمت بیشتری را تجربه کنند.

چشم انداز کنونی

یک دهه افزایش قیمت و اختلال در عرضه باعث شده است که بسیاری از آزمایشگاه‌ها در کاربردهایی که استفاده از هلیوم ضروری نیست به دنبال جایگزین‌هایی مناسب باشند. بررسی ها در مورد استفاده از گازهای حامل جایگزین با تمرکز ویژه بر هیدروژن افزایش یافته است. یکی از مشکلاتی که برخی از آزمایشگاه‌ها با آن روبرو هستند این است که بسیاری از روش‌های موجود، برای استفاده با گاز حامل هیدروژن تأیید نشده‌اند، یا اینکه آنالیزها با هیدروژن ناسازگار هستند. بدیهی است که این ها موقعیت هایی هستند که ضروری است آزمایشگاه ها به استفاده از هلیوم ادامه دهند. با این حال، با تغییر به هیدروژن یا نیتروژن برای آنالیزهایی که می توانند از جایگزین ها استفاده کنند، تا حدی می توان با مشکل کمبود هلیوم کنار آمد.

استفاده از هلیوم در GC

قیمت پایین و در دسترس بودن هلیوم آن را به گاز حامل پیش فرض برای اکثر کاربران GC در 40 سال گذشته تبدیل کرده است. اما با کمبود عرضه هلیوم و افزایش تقاضای مصرف‌کنندگان برای یافتن جایگزین‌های مناسبی برای هلیوم، تولیدکنندگان دستگاههای آزمون کروماتوگرافی گازی (gas chromatography) محصولات جدیدی تولید کرده‌اند که یا مصرف هلیوم را کاهش می‌دهد یا به مشتریان اجازه می‌دهند از گازهای حامل جایگزین استفاده کنند. تولید کنندگانی مثلAgilent  و Restek هر دو یک سری ابزار نرم‌افزاری برای کمک به کاربران جهت تعویض گاز حامل توسعه داده‌اند و Agilent همچنین یک محافظ هلیوم برای کاربران GC-MS  ایجاد کرده‌ است که عرضه گاز را در زمانی که سیستم درحال کار نیست به نیتروژن تغییر می‌دهد. سایر تولیدکنندگان عمده GC مانند Shimadzu  نیز راه حل هایی برای تعویض گاز حامل به مشتریان ارائه داده و سازگاری سیستم های خود را با گاز حامل هیدروژن و نیتروژن افزایش داده اند.

استفاده از هیدروژن در GC

در مورد استفاده از هیدروژن، نگرانی‌های ایمنی از سوی برخی بخش‌ها وجود دارد. بسیاری از آزمایشگاه‌ها سال‌ها است که از هیدروژن به عنوان گاز شعله برای GC-FID استفاده می‌کنند. یکی از نگرانی های اصلی اشتعال پذیری هیدروژن است. هیدروژن دارای حد انفجاری پایین 4.1 درصد در هوا است. علاقه فزاینده‌ای به ژنراتورهای گاز وجود دارد که فناوری‌ای را ارائه می‌دهند که اتکا به زنجیره تامین سیلندر را از بین می‌برد و برای آزمایشگاه‌ها عرضه گاز بدون وقفه ای را فراهم می کند. ژنراتورهای هیدروژن، که گاز هیدروژن را بر حسب تقاضا از آب یونیزه تولید می کنند، منبع امن تری برای تولید هیدروژن با خلوص بالا در مقایسه با منابع سنتی مانند سیلندرها هستند. یک ژنراتور هیدروژن معمولاً حاوی کمتر از یک لیتر گاز در هر زمان است، در حالی که قادر است نیازهای یک آزمایشگاه کامل را تامین کند.

چشم انداز آینده

همانطور که در دهه 2020 در حال حرکت هستیم، انتظار می رود که قطر و سایر مناطق غنی از گاز طبیعی تا سال 2025 بر بازار تسلط پیدا کنند. این احتمال وجود دارد که در دسترس بودن هلیوم به طور فزاینده ای توسط تامین کنندگان برای کاهش نوسانات بازار محدود شود. در این حالت پیش بینی می شود که آزمایشگاه‌ها همچنان به ذخیره هلیوم برای کاربردهایی که هیچ جایگزین مناسبی در دسترس نیست ادامه دهند و در صورت امکان از هیدروژن و نیتروژن در کاربردهای قابل جایگزین کردن، استفاده کنند. پشتیبانی بهبودیافته از سوی تولیدکنندگان GC و گسترش اطلاعات در مورد استفاده از گاز حامل جایگزین همراه با فناوری ژنراتور گاز، مزیت بالقوه‌ای برای آزمایشگاه‌ها فراهم می‌کند که می‌توانند سرعت آنالیز را با تغییر به هیدروژن افزایش داده و در عین حال مصرف هلیوم و هزینه‌ها را نیز کاهش دهند.

منبع: selectscience