Výhody použití technologie Desorb Flow Control s koncentrátorem Encon Evolution

Technologie Desorb Flow Control (DFC) byla vyvinuta za účelem řízení množství vlhkosti spojené s čtyřminutovým desorpčním krokem požadovaným v metodě USEPA 524.2. Další významnou výhodou této techniky je snížení spotřeby helia. Tato aplikační studie vysvětluje patentovaný proces DFC (patenty USA: 8062905, 7951609, 7803635), který slouží k úspoře helia a řízení vlhkosti.

Úvod

Helium je již mnoho let nezbytnou součástí environmentální analýzy. Jako inertní plyn s difuzní rychlostí podobnou vodíku je ideální jako nosný plyn v plynové chromatografii. V posledních letech však dochází ke zvyšujícímu se nedostatku helia, což přimělo laboratoře hledat způsoby jeho úspory.

Technologie Desorb Flow Control byla vyvinuta pro laboratoře rutinně pracující podle metody USEPA 524.2. Tato metoda vyžaduje čtyřminutový desorpční krok, a laboratoře často hlásí problémy se zvýšeným množstvím vody při delší době desorpce. Pomocí DFC lze zachovat požadovaný čtyřminutový desorpční krok a zároveň řídit množství vody přenášené do GC tím, že se během desorpce sníží průtok přes past (trap), zatímco požadovaný splitovací poměr na vstupu GC zůstává zachován. DFC tedy nejen snižuje množství přenesené vody, ale také významně redukuje spotřebu helia. Viz Obrázky 1 a 2.

EST Analytical: Obrázek 1: Tradiční průtok GC

EST Analytical: Obrázek 2: Průtok GC s Encon Evolution pomocí DFC

Vliv DFC na řízení vlhkosti a spotřeby helia

(Poznámka: Encon Evolution zvyšuje průtok za trapem v definovaném okamžiku během desorpce.)

Vývoj modernějších purge-and-trap systémů spolu s citlivějšími GC/MS přístroji zvýšil produktivitu laboratoří. Problém hromadění vody však přetrvává. Laboratoř může splnit počáteční kalibrační křivku, ale jak se voda v systému hromadí, dochází k poklesu odezvy interních standardů, což vede k nesplnění průběžných kalibračních kontrol.

Aby laboratoře omezily množství vody, často používají vysoký split. To však výrazně zvyšuje spotřebu helia a zároveň snižuje citlivost analýzy. Pomocí DFC lze dosáhnout dostatečné kontroly vlhkosti, stabilnějšího systému a snížení spotřeby helia až o 80 % v závislosti na použitém split poměru. Viz Tabulka 1.*

EST Analytical: Tabulka 1: Denní spotřeba helia

Experimentální část

Pro tuto studii byl použit EST Analytical Encon Evolution koncentrátor a Centurion WS autosampler. Koncentrátor byl vybaven pastí Vocarb 3000 a připojen k Agilent 7890A GC a 5975C inert XL MS. GC byl vybaven kolonou Restek Rxi-624 Sil MS 30 m x 0,25 mm x 1,4 µm. V této studii byly pro srovnání použity dva různé splitovací poměry, pro základní data byl použit split 40:1 a pro data DFC byl použit split 10:1. 

Parametry Purge & Trap

• Koncentrátor: EST Encon Evolution
• Typ pasti: Vocarb 3000
• Teplota pece: 150 °C
• Teplota transfer line: 150 °C
• Teplota pasti: 35 °C
• Teplota pasti pro redukci vlhkosti (MoRT): 39 °C
• Doba proplachování: 11 min
• Průtok proplachování: 40 mL/min
• Teplota desorpce: 250 °C
• Čas desorpce: 4 min
• Teplota vypalování: 260 °C
• Doba vypalování: 8 min

Parametry autosampleru Centurion WS

• Typ vzorku: Voda
• Objem vody: 25 ml
• Objem interního standardu: 5 µl

Parametry GC/MS

• Přístroj: Agilent 7890/5975
• Injektor: split/splitless mód, 200 °C, splitovací poměr 40:1 a 10:1, tlak 7,45 psi
• Kolona: Rxi-624Sil MS 30m x 0.25mm I.D. 1.4µm film thickness
• Program pece: 40 °C (1,5 min) → 8 °C/min → 100 °C, pak 20 °C/min do 210 °C, držet 1,25 min, celková doba analýzy 16,5 minut
• Nosný plyn: helium, průtok 1 mL/min
• Teplota zdroje: 230 °C
• Teplota kvadrupólu: 150 °C
• Teplota transfer line: 180 °C
• Rozsah m/z: 35–300

Kalibrace a identifikace vlhkosti

Použity byly standardy USEPA 524.2 (AccuStandard). Provedena byla 8bodová kalibrace (0,5–100 ppb). Tabulka 4 zobrazuje linearitu křivek a odezvu sloučenin pro křivky. 

EST Analytical: Tabulka 4: Linearita křivky a souhrn odezvy sloučeniny

Obrázek 3 zobrazuje chromatogramy kalibračního bodu 20 ppb s DFC a bez DFC. Nakonec byl proveden experiment s použitím selektivního monitorování iontů (SIM) m/z 20 s DFC a bez DFC. To bylo provedeno za účelem demonstrace kontroly vody pomocí D₂O jako sloučeniny zájmu, aby nedošlo k SIM pro vodu a přetížení MS. Obrázek 4 zobrazuje výsledky tohoto experimentu.

EST Analytical: Obrázek 3: Chromatogramy s koncentrací standardu 20 ppb s DFC a bez DFC

EST Analytical: Obrázek 4: Překrytí D2O SIM m/z 20 s DFC a bez DFC

Závěr

Výsledky ukazují, že patentovaná technologie Desorb Flow Control je vynikajícím nástrojem pro úsporu helia a stabilizaci GC/MS systému.

DFC umožňuje:

• zachovat požadovaný splitovací poměr na vstupu GC,
• snížit průtok přes past (trap) během desorpce,
• zvýšit citlivost analýzy,
• výrazně omezit množství vody přenášené do GC/MS,
• snížit spotřebu helia až o 80 % během GC/MS provozu.

Laboratoře tak mohou využit vysoký splitovací poměr během desorpce pro řízení vlhkosti a následně přepnout na nižší split během chromatografického běhu, což výrazně snižuje celkovou spotřebu helia bez kompromisu v citlivosti.