High-throughput mineral oil determination in water samples by automated in-vial extraction, clean-up, and on-line GC-FID analysis

Význam tématu

Minerální oleje představují významnou skupinu environmentálních kontaminantů, které se při úniku během těžby, přepravy či zpracování ropy dostávají do vodních ekosystémů. Jejich složení (hydrokarbony C10–C40) vyžaduje citlivé a spolehlivé metody analýzy, aby bylo možné monitoring a řízení kvality vody v souladu s legislativními limity.

Cíle a přehled studie

Cílem této studie je demonstrovat výhody validovaného plně automatizovaného workflow pro rutinní stanovení minerálních olejů ve vodě. Metoda kombinuje in-vial kapalně-kapalnou extrakci, očistu na FLORISILu a on-line GC-FID analýzu, přičemž se zaměřuje na vysokou kapacitu zpracování vzorků a úsporu nákladů v prostředí veřejné zkušební laboratoře.

Použitá metodika a instrumentace

Workflow zahrnuje tyto kroky:

• Příprava vzorku: 10 mL vodního vzorku v 20 mL vialce, přidání salt mixu a 60 µL interního standardu C10/C40.
• In-vial extrakce: 2 mL hexanu, míchání ve vortexu (2 min, 950 rpm), odstátí fází.
• Přenos 600 µL horní organické fáze do vialky s ~0,3 mL FLORISILu, míchání stisky stříkačky (3×), gravitační filtr.
• On-line injekce 40 µL čistého extraktu (nebo 40 µL surového extraktu pro pozitivní vzorky) do GC-FID pomocí PTV injectoru.

Instrumentace:

• TriPlus RSH autosampler s automatickou výměnou nástrojů, 100 µL a 1 mL gas-tight stříkačkami, vortex mixerem a stanicemi pro mytí.
• GC-FID systém: Thermo Scientific TRACE 1310 s iConnect PTV injektorem a iConnect FID detektorem, kolona TG-5HT 15 m × 0,25 mm × 0,10 µm.
• Chromeleon CDS s funkcemi Intelligent Sequence a eWorkflow pro řízení celé metody a automatizované zpracování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

• Čistota systému: systémový blank vykazuje minimální pozadí, matrix chromatografy se odečítají pro eliminaci kontaminace hexanem.
• PTV výkon: Florida Mix (C10–C40) ukázal diskriminaci (>90 % poměry C10/C20 a C40/C20).
• Stabilita retenčních časů interního standardu: RSD 1,6 % pro C10, 0,2 % pro C40 (n=106).
• Opakovatelnost obsahu: RSD 3,6 % při 0,4 mg/L a 3,1 % při 5,0 mg/L (n=8).
• Lineární rozsah 0,1–10 mg/L, R2=0,999 (exter., i interní kalibrace).
• Recovery test: 96–110 % v rozmezí 0,1–10 mg/L.
• Detekční limity: LOD 0,018 mg/L, LOQ 0,036 mg/L při extrakci 1 mL hexanu.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšení kapacity: 40–75 vzorků/den při 24/7 provozu vs. 10 vzorků manuálně.
• Snížení spotřeby solventů z ~300 L/rok na 9 L/rok, úspora nákladů ze 3000 € na 80 € ročně.
• Minimalizace ručních kroků a rizika chyb, zkrácení doby přípravy (13 min vložení vs. 30 min manuálně).
• Automatická správa QC a SST: sekvence se přeruší při nekvalitním QC, šetří čas a materiál.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další rozšíření automatizace pro různé matrice (půdy, sedimenty).
• Integrace s laboratorními informačními systémy a vzdálená správa dat.
• Využití pokročilých detektorů (GC-MS) či softwarové podpory AI pro inteligentní vyhodnocení chromatogramů.
• Optimalizace pro nižší LOQ a zelenější solventní systémy.

Závěr

Automatizované in-vial extrakce a FLORISIL očista s on-line GC-FID analýzou představují spolehlivý, rychlý a nákladově efektivní postup pro stanovení minerálních olejů ve vodě podle EN ISO 9377-2. Workflow významně zvyšuje propustnost laboratoře a snižuje provozní náklady, přičemž zachovává vysokou kvalitu dat.

Reference

1. ISO 16703:2004 Soil quality – Determination of hydrocarbon content C10–C40 by gas chromatography.
2. EN ISO 14039:2004 Characterization of waste – Determination of hydrocarbon content C10–C40 by gas chromatography.
3. ISO 9377-2:2000 Water quality – Determination of hydrocarbon oil index – Part 2: Solvent extraction and gas chromatography.
4. ASTM D7678-11 Standard Test Method for Total Petroleum Hydrocarbons in Water and Wastewater by Mid-IR Laser Spectroscopy.