From Helium to Hydrogen: Case Study in the GC-MS Analysis of VOCs and SVOCs

Význam tématu

Globální nedostatek hélia a jeho rostoucí cena vedou laboratoře k hledání alternativních plynných nosičů v kapalinové chromatografii. Vodík nabízí nejen obnovitelný zdroj, ale díky nižší viskozitě i možnost kratších analýz a lepší separace. Přechod na vodík v masové spektrometrii vyžaduje řešení specifických chromatografických a chemických výzev spojených s reaktivitou vodíku v iontovém zdroji.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo optimalizovat tři regulované EPA metody (8270 pro SVOC, 524 a 525 pro VOC) pro použití vodíku jako nosiče místo hélia. Autoři ukazují, jak kombinace úprav GC a MS hardwaru vede k lepší kvalitě dat (tvar píků, rozlišení, doba běhu) a statisticky vyhovujícím parametrům citlivosti a linearity.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky a příprava:

• EPA 8270: standardy v methylenchloridu, kalibrace 1–200 ppm, surrogáty 40 ppm
• EPA 524: 5 mL pitné vody, purge-and-trap, kalibrace 0,4–200 ppb
• EPA 525: extrakce 1 L vody ethylacetátem, kalibrace 0,1–10 ppm

Chromatografie:

• Thermo Scientific TRACE 1310 GC, split/splitless injektor Instant Connect
• TraceGOLD TG-5MS kapilární kolona 20 m×0,18 mm×0,36 µm (8270, 525)
• TraceGOLD TG-VMS 20 m×0,18 mm×1,0 µm (524, P&T)

Hmotnostní spektrometrie:

• Thermo Scientific ISQ Series s hydrogen kit
• Předpodmíněný bake-out 1 h při 4 mL/min vodíku, zdroj 350 °C, poté 1 mL/min, zdroj 325 °C

Software:
Xcalibur 2.0 pro akvizici, Target 4.14 a TraceFinder 3.0 pro zpracování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Bake-out vodíkem účinně odstraňuje kontaminanty z proudu i iontového zdroje (snížení signálů m/z 18, 19, 29, 41). Úprava vnitřního průměru kolony a nastavení tlaku kompenzuje nižší viskozitu vodíku a zachovává lineární rychlost 1 mL/min. Doba běhu EPA 8270 klesla z 20 na 13 min. Linearita metod s vodíkem dosáhla R2 > 0,99 (8270: 1–200 ppm, 524: 0,4–200 ppb, 525: 0,05–10 ppm). RSD se pohybovalo pod 10 % a instrumentální detekční limity (IDL) byly průměrně 0,15 ppm (8270) a 0,074 ppb (524), tedy v akceptovatelných mezích.

Přínosy a praktické využití metody

Metody s vodíkem umožňují úsporu hélia, rychlejší analýzy a zlepšené rozlišení kritických párů sloučenin (např. benzo[g,h]fluorantheny). Citlivost i reprodukovatelnost splňují požadavky regulovaných postupů. Nasazení je vhodné pro QA/QC laboratoře, environmentální monitoring i průmyslovou analytiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření vodíku v GC-MS bude záviset na dalším zdokonalování hydrogen kitů, materiálové kompatibilitě a automatizaci přechodu mezi plyny. Předpokládá se integrace s online monitorovacími systémy, vysokokapacitními kolony a aplikace ve výzkumu rychlých odezvových technik.

Závěr

Studie potvrdila, že s cílenými úpravami GC a MS hardwaru lze úspěšně migrovat regulované EPA metody na vodík. Výsledkem jsou kratší doby analýz, lepší tvar píků a dostatečná citlivost. Vodík se jeví jako plnohodnotná a udržitelná alternativa k héliu.

Reference

• EPA Method 8270 – Semivolatile Organic Compounds by GC/MS
• EPA Method 524 – Analysis of Volatile Organic Compounds in Drinking Water
• EPA Method 525 – Analysis of Volatile Organic Compounds by Liquid–Liquid Extraction