PŘÍSPĚVEK K VYUŽITÍ TECHNIKY SPME PŘI ANALÝZE TĚKAVÝCH ORGANICKÝCH LÁTEK METODOU GC/MS

Význam tématu

Analýza těkavých organických látek (VOC) je klíčová v mnoha oblastech, od forenzní chemie při vyšetřování příčin požárů až po environmentální nebo potravinářskou kontrolu.
Technika mikroextrakce na tuhou fázi (SPME) v kombinaci s plynovou chromatografií a hmotnostní detekcí (GC/MS) nabízí rychlou, bezrozpouštědlovou, vysoce citlivou a opakovatelnou přípravu vzorků.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat absorpční a adsorpční schopnosti šesti komerčních SPME vláken při extrakci par organických látek různé volatility a polarity.
Experimenty se zaměřily na modelové směsi:

• směs sedmi sloučenin (n-hexan, aceton, trichlorethylen, toluen, n-propanol, n-oktan, 1,2-dichlorbenzen) při nízkých (1–4 ppm) a vysokých koncentracích par,
• směs tří alifatických (n-heptan, isooktan, n-oktan) a tří aromatických (toluen, ethylbenzen, 1,2,4-trimethylbenzen) uhlovodíků (~50 ppm).

Použitá metodika a instrumentace

SPME vlákna testovaná na Institutu ochrany obyvatelstva:

• PDMS (nepolární),
• CW/DVB, CAR/PDMS, PDMS/DVB, DVB/CAR/PDMS (bipolární),
• PEG (polární).

Vzdušné směsi připravena dynamickým kalibrátorem SYCOS K-DPG a odběr do teflonových vaků.
Podmínky extrakce:

• nízké koncentrace: 25 °C, 10 min,
• vysoké koncentrace nad kapalnou fází (80 °C po 30 min): 10 min.

GC/MS EM 640 s kolonkou HP-5 MS (25 m × 0,32 mm, 1 μm), program 40→130 °C (5 °C/min) →220 °C (20 °C/min), scan 30–400 amu.

Hlavní výsledky a diskuse

Nejvyšší extrakční kapacitu vykazují vlákna obsahující divinylbenzen (CW/DVB, PDMS/DVB).
Ostatní bipolární materiály (DVB/CAR/PDMS, CAR/PDMS) a PEG dosahují o 1–2 řády nižších výtěžků.
Nejnižší množství zachycuje úplně nepolární PDMS.
Polarita vlákna ovlivňuje selektivitu:

• polarita málo ovlivňuje sorpci na bipolárních materiálech – rozhodující je bod varu,
• PEG preferuje polární látky (heptanol, aceton),
• PDMS extrahuje rovnoměrně látky, přičemž preferuje nepolární sloučeniny.

Ve směsi alifatických/aromatických uhlovodíků dominoval PDMS/DVB a PEG v selektivitě na aromáty, nepolární PDMS zachytil relativně více alifatů.

Přínosy a praktické využití metody

SPME-GC/MS umožňuje:

• rychlé a ekonomické stanovení potenciálních akcelerantů hoření pro forenzní laboratoře HZS,
• minimalizaci spotřeby rozpouštědel a redukci času přípravy,
• univerzální použití pro volatilní i méně těkavé sloučeniny v různých matrikách,
• reprodukovatelné výsledky s možností přenosu metodiky do rutinní praxe.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávaný vývoj zahrnuje:

• nové polymerní a hybridní povlaky s vyšší selektivitou a kapacitou,
• miniaturizovaná a přenosná GC/MS zařízení pro terénní analýzu,
• automatizované SPME systémy s on-line integrací,
• rozšíření aplikací do environmentální monitorace, potravinové kontrolní laboratoře a klinické diagnostiky.

Závěr

Komplexní srovnání SPME vláken potvrdilo klíčový vliv povlakové chemie na výtěžnost a selektivitu extrakce VOC. Vlákna s divinylbenzenem nabídla nejvyšší sorpční kapacitu, zatímco PDMS zajistilo vyrovnané zastoupení látek odpovídající jejich koncentraci. Výběr vhodného vlákna podle analyzované třídy sloučenin je zásadní pro spolehlivou identifikaci a kvantifikaci potencionálních akcelerantů hoření i dalších VOC.

Reference

1. Optimalizace výkonu státního požárního dozoru zjišťováním příčin vzniku požárů. MV – GŘ HZS ČR, Praha 2008.
2. Arthur C.L., Woolley C., LC.GC, 10, 1992, s. 656.
3. Mani V., Woolley C., LC.GC, 13, 1995, s. 734.
4. SPME – mikroextrakce tuhou fází. Příprava vzorku v jednom kroku. Sigma Aldrich, Praha.
5. Čapoun T., Krykorková J., Urbanová D., Ločárková P. Metodiky analýzy organických látek mobilním plynovým chromatografem s hmotnostním detektorem EM 640 III. Těkavé organické látky v různých matricích. Výzkumná zpráva. Lázně Bohdaneč, MV – GŘ HZS ČR, Institut ochrany obyvatelstva 2008.