GC analyzátor skleníkových plynů

• Současná analýza 3 hlavních skleníkových plynů: CH₄, CO₂ a N₂O.
• Krátké doby analýz a autosampler AOC-6000 Plus pro analýzu velkého počtu vzorků.
• Dusík jako nosný plyn, což snižuje provozní náklady.

Úvod

Skleníkové plyny jsou hlavní příčinou změny klimatu a oxid uhličitý (CO₂), metan (CH₄) a oxid dusný (N₂O) jsou považovány za tři hlavní skleníkové plyny. Ačkoli většinu emisí skleníkových plynů tvoří CO₂ a následně CH₄, je snížení emisí CH₄ považováno za důležité, protože CH₄ má více než dvacetkrát větší vliv na oteplování než CO₂. Na konferenci OSN o změně klimatu (Climate Change Conference - COP26) v listopadu 2021 se více než 100 zemí připojilo ke globálnímu závazku týkajícímu se metanu, v němž se zavazují do roku 2030 snížit celosvětové emise CH₄ o 30 % ve srovnání s úrovní v roce 2020.

SHIMADZU - GC analyzátor skleníkových plynů 3.jpg

GC analyzátor skleníkových plynů je konfigurace plynového chromatografu, který vyvinula společnost Shimadzu ve spolupráci s Národní organizací pro výzkum zemědělství a potravin (NARO) (obr. 1). Současné měření hladin CH₄, CO₂ a N₂O v jednom vzorku je obtížné, nicméně analyzátor skleníkových plynů byl navržen tak, aby to dokázal současně, čímž se snižují analytické chyby a zvyšuje rychlost analýz jednotlivých vzorků. Vědci tak získávají cenný nástroj pro monitorování stavu snižování emisí skleníkových plynů.

Tato aplikace popisuje použití GC analyzátoru skleníkových plynů k současnému měření obsahu CH₄, CO₂ a N₂O.

Obr. 1 - Analyzátor skleníkových plynů

Konfigurace systému

Analyzátor skleníkových plynů měří požadované plyny pomocí ventilového systému, který je kombinován se 3 detektory. Pro konkrétní analyty se používají různé detektory.

• CH₄ se měří pomocí plamenoionizačního detektoru (FID).
• CO₂ se měří pomocí tepelně vodivostního detektoru (TCD)
• N₂O se měří pomocí detektoru elektronového záchytu (ECD)

Schéma systému je znázorněno na obr. 2 a podmínky použité při analýze jsou uvedeny v tabulce 1. Ačkoli je helium jako nosný plyn standardní volbou, nedávné narušení dodavatelských řetězců vedlo k nedostatku helia. Dusík je snadněji dostupný a analyzátor skleníkových plynů jej může používat jako nosný plyn. Analyzátor skleníkových plynů je pro vzorkování rovněž kompatibilní s plynovými vaky nebo skleněnými vialkami.

Zkoumání změn koncetrace skleníkových plynů v průběhu času na velkých plochách jako jsou pole vyžaduje velký počet vzorků. V těchto situacích mohou skleněné vialky nabídnout kratší dobu odběru vzorků a snadnější přepravu, protože jsou menší než plynové vaky (obr. 3). Dávkovací systém AOC-6000 Plus používaný analyzátorem skleníkových plynů pojme až 108 vzorků ze skleněných vialek a analýzu většího počtu vzorků tak dělá zcela automatizovanou.

Obr. 2 Schéma analyzátoru skleníkových plynů CH4, CO2 a N2O

Obr. 3 Srovnání plynového vaku a skleněné vialky.

Průběh analýzy 

Automatický dáívkovač Shimadzu AOC-6000 Plus používá k nástřiku vzorků z vialek plynotěsnou stříkačku (obr. 2). Při manuální analýze vzorku z vaků je plynový vak připojen k systému a vzorek je z vaku veden přes smyčku pro vzorky do plynového chromatografu. Nahromadění vlhkosti plynného vzorku v jedné části analytické kolony může způsobit problémy. Analyzátor skleníkových plynů však používá předkolonu, která odděluje vlhkost a další nežádoucí nečistoty od vzorku a odfoukává je ze systému (pre-cut) mimo analyticko kolonu. Po předčištění je každý cílový analyt (CH₄, CO₂ a N₂O) separován na jiné koloně a CH₄ se měří pomocí FID, CO₂ pomocí TCD a N₂O pomocí ECD.

Tab. 1 Analytické podmínky

Analýza standardů

Obr. 4 ukazuje chromatogramy získané ze vzorků standardů.

Obr. 4 Chromatogramy standardních vzorků

Analýza reálných vzorků

Obr. 5 ukazuje chromatogramy získané z atmosférického vzduchu analyzovaného 6 krát po sobě. V tabulce 2 jsou uvedeny koncetrační hladiny analytů ze standardních vzorků a opakovatelnost výsledků.

Obr. 5 Chromatogramy pro atmosférický vzduch (postupná analýza)

Tab. 2 Opakovatelnost plochy píku a hladiny plynu v atmosférickém vzduchu (n = 6)

Závěr

Analyzátor skleníkových plynů dokáže při jedné analýze měřit současně 3 skleníkové plyny v atmosférickém vzduchu. Každou analýzu provede analyzátor skleníkových plynů za 8 minut, přičemž doba analytického cyklu je 10 minut.

Přehled nejnovější literatury Shimadzu z oblasti analýzy skleníkových plynů pomocí GC v knihovně LabRulezGCMS

• Greenhouse Gas Analyzer (Aplikace | 2024)
• Shimadzu System GC Solutions Guide for the Hydrocarbon Processing Industry (Příručky | 2017)
• Nitrous Oxide (N2O) Released from Soil Analyzer Nexis GC-2030N2O1 GC-2014N2O1 (Aplikace | 2017)
• Rapid Greenhouse Gas Analysis via the Nexis GC-2030 Gas Chromatograph (Aplikace | 2021)
• Rapid Greenhouse Gas Analysis via the NexisTM GC-2030 Gas Chromatograph (Aplikace | 2021)
• Nitrous Oxide (N2O) Released from Soil Analyzer Nexis GC-2030 / GC-2014 (Aplikace | 2017)
• Rapid Greenhouse and Inorganic Gas Analysis via GC-2030 (Aplikace | 2022)
• Simultaneous Analysis of Greenhouse Gases Using Nitrogen Carrier Gas (Aplikace | 2023)