Optimalizace detekce 1,4-dioxanu a ethanolu pomocí metody USEPA 8260

Při výrobě léčiv se 1,4-dioxan používá jako čisticí prostředek. Je také vedlejším produktem výroby plastů. Největší pravděpodobnost expozice 1,4-dioxanu je v průmyslových areálech. Pokud se však během výroby uvolní 1,4-dioxan do životního prostředí, existuje riziko, že se dostane do podzemních vod.

Jelikož je 1,4-dioxan velice dobře mísitelný s vodou, ztěžuje to jeho rozklad. Ethanol je naopak oblíbenou přísadou do benzínu. Vzhledem k tomu, že hoří rychleji a lépe než benzín, snižují se emise z výfukových plynů automobilů. Nevýhodou je však únik z podzemních zásobníků a rozlití paliva, které způsobují kontaminaci podzemní a pitné vody jak palivem, tak přísadou ethanolu. Vzhledem k tomu, že ethanol je také velmi dobře mísitelný s vodou, může být detekce kontaminace vody etanolem obtížná.

Existuje několik inovací, které pomáhají překonat překážky při detekci 1,4-dioxanu a ethanolu. První z nich je režim SIM hmotnostního spektrometru. Tento režim umožňuje lepší detekci těžko extrahovatelných sloučenin. Kromě toho jsou hmotnostní spektrometry nyní vybaveny funkcí SIM/Scan, která nejen pomáhá detekovat složitější sloučeniny, ale také umožňuje detekci rozsáhlého seznamu sloučenin podle metody 8260 agentury USEPA, aniž by bylo nutné vzorky analyzovat dvakrát. Pokroky v odběru vzorků metodou purge and trap také usnadnily lepší detekci těchto sloučenin. Nejúčinnější v tomto ohledu byla schopnost vzorky zahřívat. Lepší detekce má však i své nevýhody. Nejproblematičtější z nich je tendence 1,4-dioxanu a ethanolu „ulpívat“ na skleněném nádobí. Tato náchylnost způsobila mnoho problémů v environmentálních laboratořích.

Tato aplikační poznámka se bude zabývat sedmi variantami odběru vzorků metodou purge and trap. Data budou poté vyhodnocena, aby bylo možné doporučit optimální parametry odběru vzorků metodou purge and trap pro vaši laboratoř.

Experimentální část:

Pro tuto studii byl použit systém EST Analytical Evolution concentrator vybavený Vocarb 3000 trap. Jako autosampler byl použit Centurion WS autosampler vybavený injekční stříkačkou. Separace a analýza byly provedeny pomocí Agilent 7890A Gas Chromatograph (GC) a 5975C inert XL Mass Spectrometer (MS). Separace probíhala na koloně Restek Rxi-624 Sil MS 30m x 0,25mm x 1,4µm. Purge & trap a GC/MS parametry jsou uvedeny níže.

Parametry purge & trap

• Koncentrátor: EST Encon Evolution
• Typ trapu: Vocarb 3000
• Teplota pece: 150 °C
• Teplota transfer line: 150 °C
• Teplota pasti (trapu): 35 °C
• Teplota pasti pro redukci vlhkosti (MoRT): 39 °C
• Doba proplachování: 11 min
• Průtok proplachování: 40 ml/min
• Dry purge: teplota okolí, 40 ml/min, 1,0 min
• Desorpční tlak: 5 psi (s ovládáním ZAPNUTO)
• Doba desorpce: 0,5 min
• Zpoždění předehřátí desorpce: 10 s
• Teplota desorpce: 250 °C
• Teplota vypalování MoRT: 210 °C
• Teplota vypalování: 260 °C
• Teplota vypalování nádoby na proplachování: 40 °C po dobu 3 min, nárůst na 100–110 °C, udržování
• Doba vypalování: 6 min
• Průtok vypalování: 85 ml/min

Autosampler (EST Centurion WS):

• Typ vzorku: Voda
• Objem vzorku: 5 nebo 10 ml
• Objem interního standardu: 5 µl

Parametry GC/MS

• Systém: Agilent 7890A GC / 5975C inert XL MS
• Inlet: Režim split, 220 °C, poměr split 40:1, tlak v hlavě 12,153 psi
• Kolona: Restek Rxi-624Sil MS, 30 m × 0,25 mm × 1,4 µm
• Program pece: 45 °C (1 min) → ramp 15 °C/min → 220 °C, udržovat 1,33 min (celková doba analýzy ~14 min)
• Průtok kolonou: 1 ml/min helia
• Celkový průtok: 44 ml/min
• Teplota zdroje: 230 °C
• Teplota kvadrupólu: 150 °C
• Teplota transfer line: 180 °C
• Rozsah skenování: m/z 35–300, 5,2 skenů/s
• SIM ionty:
  • 45, 46 (0,7–3,49 min)
  • 58, 88 (3,5–14 min)
• Zpoždění rozpouštědla (solvent delay): 0,7 min

Pro každou iteraci parametrů (viz text níže) byla vytvořena kalibrační křivka s lineárním rozsahem 0,5 až 200 ppb pomocí standardů od společnosti Restek. Po stanovení každé z předepsaných křivek byly provedeny studie metodických detekčních limitů (MDL), přesnosti a správnosti a přenosu. Byla provedena série sedmi standardů s nízkou úrovní za účelem stanovení MDL podle 40CFR část 136, příloha B. Dále bylo provedeno sedm replikovaných vzorků standardu 50 ppb za účelem stanovení přesnosti a správnosti experimentálních parametrů. Nakonec byla provedena série čtyř standardů 50 ppb, přičemž každý standard byl následován třemi slepými vzorky. Poté bylo analyzováno množství přenosu v prvním slepém vzorku. Data z každé variace parametrů byla shromážděna a porovnána, aby bylo možné stanovit optimální podmínky pro tuto analýzu. Průměr výsledků pro každou podmínku analýzy je uveden v tabulce 1.

Parametry testu odběru vzorků metodou purge and trap

• Výchozí: 5 ml tradiční rozprašovač, proplachování při pokojové teplotě, pečení rozprašovače při 110 °C
• Iterace A: 5 ml tradiční rozprašovač, proplachování při 40 °C, pečení rozprašovače při 110 °C
• Iterace B: 5 ml tradiční rozprašovač, proplachování při 60 °C, pečení rozprašovače při 110 °C
• Iterace C: 5 ml tradiční rozprašovač, 40 °C proplachování, bez pečení rozprašovače
• Iterace D: 40 ml vialka, 10 ml objem proplachování, 40 °C proplachování, bez pečení rozprašovače
• Iterace E: 5 ml rozprašovač bez fritového filtru a baňky, 40 °C proplachování, 110 °C pečení rozprašovače
• Iterace F: 5 ml rozprašovač bez fritového filtru a bez baňky, 40 °C proplachování, bez pečení rozprašovače
  • (Iterace E - použil patentovaný režim přípravy vody/půdy)

EST Analytical: Tabulka 1 Shrnutí průměrných výsledků

Hlavními sloučeninami, které byly předmětem studie, byly ethanol a 1,4-dioxan. Z tohoto důvodu byly údaje o těchto sloučeninách shromážděny samostatně, aby bylo možné lépe rozlišit výhody nebo nevýhody jednotlivých sad purge and trap parametrů. Výsledky experimentů týkající se přesnosti a procentuální výtěžnosti jsou uvedeny v tabulkách 2 a 3.

EST Analytical: Tabulka 2 Hodnoty přesnosti ethanolu a 1,4-dioxanu při koncentraci 50 ppb

EST Analytical: Tabulka 3 Procento zpětného získání ethanolu a 1,4-dioxanu při koncentraci 50 ppb

Pro studie přenosu byly zkoumány ethanol a 1,4-dioxan spolu s přenosem 1,2,4-trichlorbenzenu, naftalenu a 1,2,3-trichlorbenzenu. Důvodem, proč byly do této studie zahrnuty těžší sloučeniny, byla obava, že změna parametrů vzorkování může pomoci přenosu ethanolu a 1,4-dioxanu, ale poškodit přenos těžších sloučenin, které jsou předmětem zájmu. Tabulka 4 uvádí seznam výsledků přenosu v jednotkách ppb, zatímco obrázek 1 zobrazuje procentuální přenos různých experimentálních parametrů purge and trap systému pouze pro ethanol a 1,4-dioxan.

EST Analytical: Tabulka 4 Přenos v prvním slepém vzorku po standardu o koncentraci 50 ppb

EST Analytical: Obrázek 1 Grafické znázornění procentuálního přenosu ethanolu a 1,4-dioxanu po standardu o koncentraci 50 ppb

Po dokončení všech studií vykazovaly dvě varianty parametrů proplachování a zachycování nejlepší přesnost, procentuální výtěžnost a přenos při splnění požadavků metody USEPA 8260 na linearitu a faktor odezvy. Zkrácený seznam výsledků těchto dvou iterací je uveden v tabulce 5.

EST Analytical: Tabulka 5 Výsledky studií po extrakci vodou a použití nádoby bez frity se systémem Sparge Bake

Závěry:

Všech sedm iterací parametrů purge and trap splnilo požadavky metody USEPA 8260 na linearitu a detekční limity metody. Problém s některými experimentálními parametry byl zjištěn ve studiích přenosu, přesnosti a správnosti. Přenášení pomocí tradiční rozstřikovací nádoby vykazovalo velké množství přenášení pro ethanol a 1,4-dioxan. Vzhledem k tomu, že přenášení bylo tak vysoké, utrpěla přesnost a správnost dat. Na druhé straně rozstřikovací nádoba bez frity vykazovala mnohem nižší přenášení pro ethanol a 1,4-dioxan, zejména když nebyl použit patentovaný rozstřikovací nástroj pece. Přenos 1,2,4-trichlorbenzenu, naftalenu a 1,2,3-trichlorbenzenu po standardu o koncentraci 50 ppb však byl nad dolní hranicí křivky.

Pro omezení přenosu těžších sloučenin by proto bylo doporučeno použít vypálení rozprašovací nádoby. Optimálními purge and trap parametry se ukázala být patentovaná technika extrakce vodou. Tato technika poskytovala linearitu a detekční limity metody, které splňovaly požadavky metody USEPA 8260, a zároveň poskytovala vynikající přesnost a správnost dat. Během extrakce vodou se vzorek přenese do prázdné 40ml vialky a poté se propláchne ve stanici Centurion. „Čerstvá“ vialka poskytuje čistou nádobu pro rozstřikování pro každý vzorek, čímž omezuje přenos ethanolu, 1,4-dioxanu i těžkých sloučenin. Tato absence přenosu pomohla zajistit optimální přesnost a správnost výsledků a je doporučenou metodou pro zkoumání těchto problematických sloučenin.