Assessment of Jetanizer and Quantitative Analysis of CO2 and CH4 in the Atmosphere

Význam tématu

Udržení uhlíkové neutrality vyžaduje přesnou kvantifikaci skleníkových plynů CO₂ a CH₄. V mnoha průmyslových i výzkumných aplikacích, včetně výroby vysoce čistého vodíku, je nezbytné detekovat stopové koncentrace CO, CO₂ a CH₄ s vysokou citlivostí. Tradiční detektory TCD postrádají dostatečnou citlivost a BID vyžaduje vzácné nosné plyny. Inovativní řešení Jetanizer, integrované přímo do FID, nabízí jednodušší a cenově výhodnou alternativu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo zhodnotit analytické schopnosti Jetanizeru v kombinaci s plynovým chromatografem Nexis GC-2030 vybaveným detektorem FID. Studie se zaměřila na konverzní účinnost přeměny CO a CO₂ na CH₄, limit detekce, linearitu kalibrace, opakovatelnost, odolnost vůči kyslíku i praktickou aplikaci na analýzu vzduchu.

Použitá metodika a instrumentace

Pro experimenty byl použit systém Nexis GC-2030 s plynovým vzorkovacím ventilem MGS-2030 a smyčkou 1 mL. Nosným plynem byl dusík (N₂). Jetanizer je pak vložen do trysky FID s hloubkou zasunutí kolony 45 mm. Pracovní teplota FID činí 400 °C, teplota injektoru 250 °C (resp. 150 °C pro analýzu vzduchu). Pro kapilární analýzy se využila kolona SH-Q-BOND PLOT (30 m × 0,53 mm, 20 µm), pro nasazení vyšších nákladů pak Porapak-Q (2 m × 2 mm). Pro separaci O₂, CH₄ a CO₂ ve vzduchu byla testována kolona MICROPACKED-ST (1 m × 1 mm). Fragmenty metodiky zahrnují:

• Režimy injekce: split 1:5 a direct injection
• Řízené průtoky: kolona 40 cm/s (kapilára) nebo 40 mL/min (packed), makeup N₂ 4–24 mL/min, H₂ 32 mL/min, vzduch 250 mL/min
• Programovaná teplota kolony pro vzduch: 40 °C (1 min) → 40 °C/min → 200 °C (3 min)
• Vyhodnocení limitu detekce (LOD) na základě poměru S/N = 3 z 1 ppm vzorku
• Stanovení opakovatelnosti (%RSD n=10), linearita kalibrace (R²) a konverzní účinnost (C.E.) podle vzorce C.E. = (A_CO/CO₂ · C_CH₄)/(A_CH₄ · C_CO/CO₂)·100

Hlavní výsledky a diskuse

LOD pro kapilární kolonu se pohybovaly kolem 0,27–0,37 ppm (CH₄, CO, CO₂), u packed kolony dokonce 0,08–0,17 ppm. Linearita kalibrace dosahovala R² > 0,999 pro všechny sledované plyny. Opakovatelnost plochy piků byla lepší než 2,5 %RSD a průměrná konverzní účinnost činila 97–100 %. Při použití packed kolony došlo k poklesu C.E. u 25 % CO vzorku na 68,7 %, což lze odstranit snížením injektovaného objemu nebo snížením průtoku. Dlouhodobé vystavování Jetanizeru vzduchu (3,5 L celkového objemu) nevedlo k úbytku citlivosti, což potvrzuje odolnost katalyzátoru vůči oxidaci. Při přímé analýze vzduchu bylo dosaženo separace O₂, CH₄ a CO₂ s výsledkem 2,1 ppm CH₄ a 419 ppm CO₂ (5× opakování, %RSD <0,6 %).

Přínosy a praktické využití metody

Implementace Jetanizeru do FID přináší:

• Jednoduchou montáž bez dodatečných topných článků a plynů
• Nízké provozní náklady díky využití stávajícího FID a N₂ jako nosného plynu
• Vysokou citlivost pro stopové koncentrace CO a CO₂
• Odolnost vůči kyslíku, vhodná pro analýzu vzduchu

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může směřovat k integraci Jetanizeru do miniaturizovaných GC systémů pro on-site monitoring kvality ovzduší, rozšíření aplikací na sledování biologických emisí nebo vývoj katalyzátorů s vyšší selektivitou. Automatizace přípravy vzorků, on-line řízení kvality i datová integrace s platformami pro monitorování uhlíkové stopy představují klíčové směry do budoucna.

Závěr

Studie prokázala, že kombinace Jetanizeru a GC-FID poskytuje robustní, citlivou a cenově efektivní řešení pro stanovení CO, CO₂ a CH₄ ve stopových i vyšších koncentracích. Metoda nabízí vynikající linearitu, opakovatelnost a odolnost vůči kyslíku, což ji činí vhodnou pro průmyslové i výzkumné aplikace zaměřené na uhlíkovou neutralitu.