Hot Spring Gas Analysis for Earthquake Surveillance Using the Agilent 990 Micro GC

Význam tématu

Analýza složení plynů vycházejících z horkých pramenů je klíčovým nástrojem pro sledování geochemických změn spojených se seismickou aktivitou.
Detekce variací ve složení a koncentracích plynů (He, Ne, H2, CO2, H2S aj.) může poskytnout včasné indikátory předcházejících otřesů.
Díky kompaktnosti a rychlosti měření je mikro plynový chromatograf vhodný pro terénní monitorování aktivních zón selhání zemské kůry.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit schopnosti Agilent 990 Micro GC rychle a přesně měřit malé koncentrace trvalých plynů a H2S rozpuštěných v plynné matrici CO2.
Studie zahrnovala test standardního plynového vzorku s definovaným složením, stanovení retenčních časů, opakovatelnosti a detekčních mezí (LDL).

Použitá metodika a instrumentace

Pro separaci trvalých plynů (He, Ne, H2, O2, N2, CH4) byl použit kanál s 3 m + 20 m J&W CP-Molsieve 5Å v režimu backflush, argon jako nosný plyn, tlak 200 kPa, teplota kolony 60 °C a doba injekce 150 ms.
Pro CH4, CO2, H2S a COS byl využit 10 m J&W PoraPLOT U kanál, helia nosný plyn, tlak 150 kPa, teplota 50 °C a injekční čas 100 ms.
Standardní plyn obsahoval He (5,4 ppm), Ne (5,0 ppm), H2 (5,0 ppm), O2 (504 ppm), N2 (0,998 %), CH4 (0,201 %), H2S a COS (10 ppm), zbytek CO2.

Hlavní výsledky a diskuse

Retenční časy byly reprodukovatelné v rozmezí RSD 0,006 – 0,046 %, plošné signály vykázaly RSD 0,015 – 5,22 %.
Detekční meze se pohybovaly od 0,174 ppm (CH4) do 13,8 ppm (N2) v závislosti na sloučenině a kanálu.
Backflush kanál účinně odstraňoval nadbytečný CO2, čímž se zabránilo degradaci účinnosti kolony a artefaktům v chromatografu.
Komerční standardní nastavení poskytuje vysoce citlivé a rychlé analýzy do 400 s běhu, umožňující frekventní odběry vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

Možnost terénního měření bez nutnosti složitého vzorkování a převozu do laboratoře.
Rychlé výsledky podstatně zkracují dobu odezvy na geochemické změny spojené se seismologickými projevy.
Vysoká opakovatelnost a citlivost usnadňuje detekci nízkých koncentrací plynů jako včasný varovný signál.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace automatizovaných odběrových systémů a dálkového přenosu dat pro kontinuální monitorování.
Rozvoj kolonních materiálů umožňujících širší spektrum analyzovatelných sloučenin (včetně organických solventů a těžších plynů).
Implementace strojového učení pro předikci seismické aktivity z časových řad plynových koncentrací.
Možnost kombinace s dalšími geochemickými a seismickými senzory pro komplexní sledování rizika otřesů.

Závěr

Agilent 990 Micro GC prokázal schopnost rychle a spolehlivě stanovit klíčové plyny v CO2 matici s vynikající opakovatelností a nízkými detekčními mezemi.
Tento přístup výrazně zefektivňuje terénní geochemické monitorování a podporuje dřívější identifikaci geofyzikálních anomálií spojených se zemětřeseními.

Reference

1. Zhang J. Biogas Analyzer Based on the Agilent 990 Micro GC. Agilent Technologies Application Note, 5994-1376EN, 2019.
2. Padrón E. et al. Continuous Monitoring of Diffuse H2 Degassing at the Summit Cone of Teide Volcano, Tenerife, Canary Islands. Geophysical Research Abstracts 20, EGU2018-19250-2, 2018.