Cryogen-free analysis of VOCs in car exhaust

Význam tématu

Výfukové plyny obsahují těkavé organické sloučeniny (VOC), které přispívají k tvorbě smogu, poškozují ozonovou vrstvu a představují riziko pro lidské zdraví. Monitoring těchto látek je klíčový pro plnění environmentálních předpisů a pro stanice photochemical assessment monitoring scheme (PAMS), které sledují potenciální ozonové prekurzory.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit vhodnost jednoduché, bezkryogenní analýzy VOC ve výfukových plynech pomocí termické desorpce (TD) spojené s plynulou chromatografií na dvou kolónách a dvojitým detektorem plamenné ionizace (GC–FID). Studie demonstruje rychlý a spolehlivý postup odpovídající požadavkům EPA PAMS.

Použitá metodika

Vzorky se odebíraly do Tedlar sáčků a nasávané plyny procházely Kori-xr zařízením na –30 °C, kde byla odstraněna vlhkost. UNITY-xr tepelný desorber zpětným výpalem (280 °C) přenesl analyty na GC. Deans Switch rozdělil tok mezi primární kolonu TraceGOLD TG-1MS (C2–C6) a sekundární HP-PLOT AL/S (C6–C11), což umožnilo simultánní separaci. Analýza probíhala v overlap režimu se vzorkovací dobou ~56 minut bez použití tekutého kryogenu.

Použitá instrumentace

• Markes CIA Advantage-xr on-line sampler
• Kori-xr water removal device
• UNITY-xr thermal desorber s PAMS trap
• Thermo Scientific TRACE 1310 GC se dvěma Instant Connect FID detektory
• Deans Switch microfluidics kit s integrovaným restriktorem
• Kolony TraceGOLD TG-1MS (60 m×0,25 mm×1 µm) a HP-PLOT AL/S (50 m×0,32 mm×8 µm)
• Software Chromeleon CDS a Deans Switch Wizard pro nastavení tlaků

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala vynikající chromatografické rozlišení 56 terpenů, alkanů, alkenů a aromátů v rozsahu C2–C11. Asymetrie píků se pohybovala mezi 0,99 až 1,5 a rozlišení bylo ≥1,4. Linearita (benzene, propane, undecane) vykázala R2>0,999 a AvCF %RSD <3 %. Kalibrační rozsah 4,25–6000 ppb potvrdil R2=0,9998. Systematická kontaminace (carryover) byla ≤0,26 %. Repeatabilita výfukových vzorků (n=3) dosáhla RSD <10 %.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace tekutých kryogenů snižuje náklady a provozní složitost
• Overlap režim a rychlé elektrické chlazení umožňují vyšší propustnost vzorků
• Vysoký dynamický rozsah a snadná výměna FID modulů minimalizují výpadky
• Modulární přístup usnadňuje terénní měření a splňuje standardy PAMS

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se integrace do mobilních monitorovacích stanic kvality ovzduší, rozšíření o hmotnostní spektrometrii pro vyšší selektivitu, automatizace servisních workflow, cloudové zpracování výsledků a sledování dalších VVOC.

Závěr

Bezkryogenní kombinace termické desorpce s dual-column GC–FID představuje rychlou, robustní a přesnou metodu pro analýzu VOC ve výfukových plynech. Splňuje požadavky EPA PAMS, zvyšuje produktivitu a minimalizuje provozní náklady.

Reference

• United States Environmental Protection Agency, What is the definition of VOC? Accessed September 27, 2019.
• United States Environmental Protection Agency, Volatile Organic Compounds Impact on Indoor Air Quality. Accessed September 27, 2019.
• Vivaldo G., Masi E., Taiti C., Caldarelli G., Mancuso S., The network of plants volatile organic compounds, Nature 2017, 11050.
• American Lung Association, Volatile Organic Compounds. Accessed September 27, 2019.
• Hong Kong Environmental Protection Department, VOCs and smog. Accessed September 27, 2019.
• Ismail O. M. S., Hameed R. S. A., Environmental effects of volatile organic compounds on ozone layer, Advances in Applied Science Research, 2013, 4(1):264-268.
• United States Environmental Protection Agency, Photochemical Assessment Monitoring Stations (PAMS). Accessed September 27, 2019.