Molekulová spektroskopie a environmentální analýza (FTIR)

Široká nabídka přístrojů z oblasti molekulové spektroskopie už si vydobyla v portfoliu přístrojů Agilent Technologies své pevné místo. Agilent nabízí široký výběr v oblasti UV-Vis a UV-Vis-NIR přístrojů, ale také můžete vybírat z několika modelů FTIR spektrometrů anebo můžete sáhnout po fluorescenčním spektrometru.

CARY 630

Dalším užitečným pomocníkem v oblasti environmentálních analýz je FTIR spektrometr Cary 630. Cary 630 je charakteristický tím, že je velmi univerzální inovativní a intuitivní. Cary 630 je univerzální především díky široké nabídce vzorkovacích rozhraní, která kdykoliv pořídíte a připojíte. Díky uživatelsky snadnému softwaru je zacházení a práce s Cary 630 velmi jednoduchá. Agilent přišel s inovativním kouskem pro Cary 630, je jím unikátní vzorkovací rozhraní pro měření transmise kapalných vzorků. Není již třeba klasických kyvet, jejichž plnění a zacházení vyžaduje dost času a zručnosti. Agilent nabízí unikátní řešení v podobě vzorkovacího rozhraní nazvaného DialPath (Obrázek 4).

Altium: Obrázek 4 Cary 630 DialPath

Pomocí tohoto příslušenství je měření transmise kapalných vzorků velmi snadné a rychlé. Měření provedete ve třech jednoduchých krocích, jak demonstruje Obrázek 5. Snadnější už to nemůže být.

Altium: Obrázek 5. Analýza pomocí DialPath příslušenství ve 3 krocích

Díky široké škále příslušenství se z Cary 630 stává skutečně velmi univerzální pomocník. Lze vybírat z následujících vzorkovacích modulů: diamantové ATR, germaniové ATR, transmisní modul, Dialpath a TumblIR pro měření transmise kapalin, modul pro difuzní reflektanci, 5-ti odrazové ATR, modul pro spekulární reflektanci (Obrázek 6). Lze tedy tak pokrýt široké spektrum aplikací a Cary 630 může být opravdu univerzálním přístrojem.

Altium: Obrázek 6. Příslušenství Cary 630 FTIR

A díky velmi intuitivnímu softwaru Microlab PC je práce s Cary 630 opravdu jednoduchá. Software Vás krok po kroku provede celým měřením (Obrázek 7). Je možné také lehce nastavit barevně odlišená hlášení při mezních hodnotách v procesu kontroly kvality. Microlab PC je také vhodný i pro farmaceutické firmy.

Altium: Obrázek 7. Software Microlab PC

Cary 630 – stanovení ropných látek ve vodách (NEL)

Jedním z typických příkladů využití infračervené spektroskopie v environmentální analýze je stanovení ropných látek ve vodách, které se stanovují jako nepolární extrahovatelné látky (NEL). Infračervená spektroskopie je již přes 50 let jednou z nejrychlejších a nejsnazších metod pro analýzu uhlovodíků ve vodách. Výsledkem metody je celková suma uhlovodíků. V případě překročení limitní hodnoty je třeba reanalyzovat vzorek pomocí plynové chromatografie pro stanovení délky uhlovodíkového řetězce (metoda C10C40).

Pro extrakci je na výběr mnoho normovaných metod. V následujícím konkrétním experimentu byla použita metoda extrakce pomocí cyklohexanu. Konkrétně 500 ml vzorku vody bylo okyseleno kyselinou chlorovodíkovou a extrahováno 15 ml cyklohexanu (99,9 % pro spektroskopické použití). Poté jsou odebrány 3 alikvoty rozpouštědla do 50 ml zkumavek a odpařeny pomocí proudu dusíku na konečný objem 0,5 ml. Zakoncentrovaný vzorek byl pak změřen pomocí příslušenství DialPath s délkou optické dráhy 1000 um (ve třech jednoduchých krocích viz Obrázek 5). Pozadí bylo změřeno proti čistému cyklohexanu. Parametry měření jsou uvedeny v Tabulce 3.

Tabulka 3 Parametry měření

Parameter / Values

• Instrument / Agilent Cary 630
• Source / Ceramic
• Sampling / 1 000 µm DialPath TM
• Optics / ZnSe
• Detector / DTGS
• Scans / 128
• Resolution / 4 cm¯¹

Sada standardů připravená z roztoku hexadekanu a izooktanu s koncentracemi uvedenými v Tabulce 4 byla změřena za stejných instrumentálních podmínek. Vyjádřené koncentrace se vztahují přímo ke koncentraci uhlovodíků v 500 ml vzorku vody.

Spektra všech standardů jsou shrnuta v Obrázku 8. Pík při 1380 cm-1 odpovídá methylové skupině a přímo koreluje s koncentrací uhlovodíků. Vzhledem k cyklické struktuře cyklohexanu a nepřítomnosti methylové skupiny není tento pík rozpouštědlem nijak ovlivněn. Plocha píku byla měřena mezi 1372 a 1386 cm-1 a baseline mezi 1352 a 1412 cm-1, jak je vidět na Obrázku 9.

• Agilent MicroLab Quant Calibration Software: Measure Oil in Water using Method IP 426 (Aplikace | 2015)
• Fast and Simple Material Identification of Plastic Debris Using FTIR Spectrometry (Aplikace | 2023)
• ANALYSIS OF OIL IN WATER USING THE AGILENT CARY 630 FTIR (Aplikace | 2014)
• In-Situ 13C/12C Ratio Analysis in Water Carbonates using FTIR (Aplikace | 2017)

Reálné vzorky pak byly měřeny, jak bylo popsáno výše, a hodnoty byly odečítány z kalibrační křivky. Výsledkem byla celková suma uhlovodíků, olejů a maziv, pokud jsou přítomné. Pokud je třeba stanovit pouze samotné uhlovodíky, pak je nutné extrahovaný vzorek přečistit na fluorosilové koloně.

Tabulka 4 Koncentrace standardů uhlovodíků

Name / Total HC ppb

• F2std / 165.000
• Astd / 13200.000
• Bstd / 6600.000
• Cstd / 3300.000
• Dstd / 1320.000
• Estd / 660.000
• Fstd / 330.000
• a std / 13200.000
• b std / 6600.000
• c std / 3300.000
• d std / 1320.000
• e std / 660.000
• f std / 330.000
• f2 std / 165.000
• zero std / 0.000

Altium: Obrázek 8. Integrační parametry methylové skupiny

Altium: Obrázek 9. Methylový pík všech standardů

Tedy použitím tohoto postupu a Cary 630 DialPath můžete velmi rychle a snadno obdržet výsledky analýzy uhlovodíků ve vodách. Tento přístup vykazuje srovnatelnou citlivost jako klasické FTIR metody používající chlorovaná a fluorovaná rozpouštědla. Vzhledem k nižší hustotě cyklohexanu v porovnání s vodou je možné provádět extrakci přímo ve vzorkovací nádobě a není třeba extrakčních nálevek a je i dosaženo lepší opakovatelnosti, kdy RSD se pohybuje pod hodnotou 3 %.