Analysis of Volatile Metalloid Species in Gas Samples using a Commercial Cryotrapping System (TDS-G-CIS GC) Coupled to ICP-MS with PH3 and SF6 as Example Compounds

Význam tématu

Veřejné i průmyslové prostředí často obsahuje těkavé metalloidní sloučeniny, jako je fosfan (PH3) či fluorhexafluorid síry (SF6). Tyto látky se uplatňují např. při fumigaci, v elektronice nebo jako hasicí média a jsou toxické i v nanogramových koncentracích. Svěřování jejich hladin je proto zásadní pro ochranu zdraví pracovníků a životního prostředí.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ověřit výkonnost komerčního kryotrappingového systému TDS G – CIS GC spojeného s ICP‐MS pro stopovou analýzu velmi těkavých sloučenin PH3 a SF6. Studie hodnotila vlivy provozních parametrů na efektivitu zachytávání, linearitu kalibrace a limity detekce.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky plynů byly obohaceny na adsorbentních trubičkách naplněných silanizovanou skleněnou vatou pomocí TDS G s 6portovým ventilem a externím čerpadlem. Trubička se při ‑170 °C kryofokusovala v CIS, poté došlo k termodesorpci (200 °C) a přenosu analyzátů kolonkou MXT Silcosteel (30 m, PDMS, 0,53 mm i.d.). Detekce proběhla na GC Agilent 6850 spojeném s ICP-MS Agilent 7500. Jako nosný plyn sloužil helium (10 mL/min), MS monitoroval 31P, 34S a vnitřní standard 126Xe. Pro přípravu kalibrace sloužily tlakové standardní láhve s PH3 (10,7 ppm) a SF6 (97,4 ppm) a plynotěsné stříkačky či vakuové pytle Tedlar.

Hlavní výsledky a diskuse

• Vliv průtoku helia (40–200 mL/min) na účinnost kryofokusování byl zanedbatelný, reprodukovatelnost 3–6 % RSD.
• Pro kvantitativní zachytávání je nutná počáteční teplota CIS pod ‑150 °C, optimálně ‑170 °C, při ‑120 °C dochází k výrazným ztrátám.
• Kalibrace vykazovala výbornou linearitu (PH3 R2=0,997; SF6 R2=0,993) v rozsahu 0,14–2,88 ng PH3 a 5,8–116 ng SF6.
• Limity detekce jsou 3 pg PH3 (31P) a 1 ng SF6 (34S), opakování 3–10 % RSD.
• Vlhkost vzduchu může při odběru vést k zamrzání přenosové linky, proto je nezbytné odebrané vzduchové vzorky odvlhčovat (past na vodní páru při ‑20 °C) a omezit objem vzorku (např. 3 L při 0,2 L/min).

Přínosy a praktické využití metody

Popisovaný postup umožňuje jednoduchou online i offline přípravu vzorků, přesné předkoncentrování a současnou multielementární detekci. Systém je vhodný pro průmyslové i environmentální monitorování, metodu lze nasadit v hygienických laboratořích i provozních aplikacích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření analýzy o další těkavé kovové a metalloidní sloučeniny (např. AsH3, SbH3), integrace s ICP-OES, vývoj mobilních odběrných a sušících jednotek, automatizace odběru a rozšíření databází spektrálních dat pro rychlou identifikaci.

Závěr

Kompletní TDS G – CIS GC–ICP-MS uspořádání bylo úspěšně validováno pro stopovou analýzu extrémně těkavých sloučenin. Metoda kombinuje vysokou citlivost, dobrou reprodukovatelnost a relativní jednoduchost obsluhy. Klíčovým technickým omezením zůstává kontrola vlhkosti vzorků.

Reference

1. Feldmann J. a Hirner A. V. International Journal of Environmental Analytical Chemistry, 1995, 60.
2. Pavageau M.-P., Pécheyran C., Morin A., Krupp E. M. a Donard O. F. X. Environmental Science & Technology, 2002.
3. Pécheyran C., Lalère B. a Donard O. F. X. Environmental Science & Technology, 2000, 34.
4. Hirner A. V., Feldmann J., Krupp E., Grümping R., Goguel R. a Cullen W. R. Organic Geochemistry, 1998, 29.
5. Pécheyran C., Quétel C., Martin-Lecuyer F. a Donard O. F. X. Analytical Chemistry, 1998, 70.