Storage Stability of 66 Volatile Organic Compounds (VOCs) in Silicon-Lined Air Canisters for 30 Days

Význam tématu

Monitoring těkavých organických látek (VOC) v ovzduší je klíčový pro ochranu životního prostředí i zdraví lidí. VOC mohou vznikat jak ze zdrojů průmyslových a dopravních emisí, tak uvnitř budov. Přesné a spolehlivé zachycení vzorků i jejich stabilní uchování před analýzou je nezbytné pro minimalizaci chyb a správné vyhodnocení kvality ovzduší.

Cíle a přehled studie

Studie za účelem ověření stability 66 VOC podle metody EPA TO-15 porovnala dva typy komerčně dostupných křemíkem podložených (silicon-lined) ocelových canisterů (SilcoCan® a od Vendor A) při skladování 30 dní v suchých (0 % RH) i vlhkých (93 % RH) podmínkách. Vyhodnotila se návratnost sloučenin, jejich časová změna a statistická srovnatelnost obou typů canisterů.

Použitá metodika a instrumentace

Canistry o objemu 6 litrů byly tříkrát vyčištěny podle pokynů metody TO-15 (vakuum 500 mTorr, 100 °C, 50 % RH N₂). Následovalo simultánní naražkování 5 ppbv 65komponentní směsi VOC a aketonitrilu a přetlaku až 30 psig čistým suchým či vlhkým (93 % RH) dusíkem. Sledované parametry:

• Prekoncentrace: Nutech™ 8900DS s třístupňovým cryofokusem
• Chromatografie: Agilent® 6890 GC s kolonkou Rtx-VMS (30 m × 0,25 mm, 1,4 μm)
• Detekce: Agilent® 5973 MS, EI 70 eV, scan 35–250 amu
• Kalibrace: 5bodová křivka na standardu 10 ppbv připraveném v 50 % RH

Hlavní výsledky a diskuse

Suché podmínky (0 % RH)

• Průměrné návratnosti na 30. den: 97 % (SilcoCan®) vs. 102 % (Vendor A)
• Průměrná změna koncentrace mezi dnem 0 a 30: 17 % pro oba typy
• Žádný statisticky významný rozdíl (p > 0,01) ve výsledcích mezi oběma canistry
• Dva VOC (1,4-dioxan, naftalen) v canistrech Vendor A překročily mez stability 30 % změny
• U většiny sloučenin byl pozorován postupný pokles vysokých den 0 hodnot ke kalibrační hladině do cca 7. dne (vyrovnání referenčních běhů vs. vzorků)

Vlhké podmínky (93 % RH)

• Průměrné návratnosti na den 0: 100 % (SilcoCan®) vs. 97 % (Vendor A)
• Průměrné návratnosti na den 30: 85 % vs. 88 %
• Průměrná změna koncentrace mezi dnem 0 a 30: 13 % vs. 9 %
• Acrolein se výrazně lišil mezi canistry (p = 0,006) – silnější ztráty v SilcoCan®
• Tři sloučeniny (acrolein, dibromochlormethan, bromoform) klesly pod hranici stability
  o více než 30 % v obou typech canistrů

Přínosy a praktické využití metody

Výsledky potvrzují, že silicon-lined canistry jsou pro většinu sledovaných VOC spolehlivé a stabilní při skladování až 30 dní. Laboratoře a polní stanice mohou flexibilně plánovat odběr a analýzu, aniž by bylo třeba okamžitě zpracovat vzorek. Eliminace rozdílů mezi výrobci usnadňuje standardizaci a porovnatelnost dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření počtu a druhu kanistrů (včetně použitých, více dodavatelů)
• Použití vzduchu místo dusíku jako plnícího plynu pro věrnější simualci ambientních podmínek
• Dlouhodobé sledování stability nad 30 dní a v různých teplotních režimech
• Automatizovaná kontroly kalibrace a využití referenčních materiálů

Závěr

Oba typy silicon-lined canistrů prokázaly obdobnou výkonnost ve skladu 30 dní za suchých i vlhkých podmínek, s výjimkou několika vysoce rozpustných nebo reaktivních sloučenin. Pro většinu VOC je možné aplikovat tuto technologii ke spolehlivému odběru a transportu vzorků v rámci ekotoxikologických a environmentálních monitorovacích programů.

Reference

1. EPA Method TO-14A (1999). Determination Of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Specially Prepared Canisters.
2. EPA Method TO-15 (1999). Determination of VOCs in Air Collected in Specially-Prepared Canisters and Analyzed by GC-MS.
3. Herrington J.S., Rapid Determination of TO-15 VOCs, Restek Application Note (2012).
4. Westberg H.H. et al., Evaluation of Vapor Phase Pollutants, Washington State University (1981).
5. Holdren M.W. et al., EPA Final Report Cryogenic Trapping, Battelle (1984).
6. Oliver K.D. et al., Sample Integrity VOCs in SUMMA Canisters, Atmos. Environ. (1986).
7. Gholson A.R. et al., Emissions from Hazardous Waste Incineration, JAPCA (1989).
8. Jayanty R.K.M., Toxic Organics in Air, Atmos. Environ. (1989).
9. Holdren M.W. et al., VOC Stability in SUMMA Canisters, Battelle Columbus (1991).
10. Parmar S.S., Holding Times for Gas-Phase Samples, A&WMA Pittsburgh (1991).
11. Merrill R.G., Zapkin M.A., Canister Sampling Polar Organics, VIP-21 (1991).
12. Oliver K.D., Polar VOCs in Canisters, TN-4420-93-03 (1993).
13. Kelly T.J. et al., Polar VOCs in Ambient Air, Environ. Sci. Technol. (1993).
14. Holdren M.W. et al., Effectiveness of Silcosteel Canisters, Unpub. Report (1994).
15. Brymer D.A. et al., SUMMA Canisters for ppb Level VOCs, Environ. Sci. Technol. (1995).
16. Sin D.W. et al., Stability of 143 VOCs by GC-MS, Analyst (2001).
17. Pate B. et al., Polar Organics in Stainless Canisters, J. Air Waste Manag. Assoc. (1992).
18. Gholson A.R. et al., Aluminum Canisters for Air Toxics, Anal. Chem. (1990).
19. Kelly T.J., Holdren M.W., Canisters for HAPs Determination, Atmos. Environ. (1995).
20. Hasegawa A., Storage Stability in Canisters, J. Environ. Chem. (2001).
21. Ochiai N. et al., VOC Stability in Fused-Silica-Lined Canisters, J. Environ. Monit. (2002).
22. Hsieh C.C. et al., VOCs in Canisters and Tedlar Bags, Aerosol Air Qual. Res. (2003).