Volatile Organic Compound Analysis Using Purge and Trap

Význam tématu

Analýza těkavých organických látek (VOC) je základní součástí environmentální analytiky, která zajišťuje monitorování pitné i povrchové vody, odpadních vod, půdy či emisí vzduchu. Nízké detekční limity a spolehlivost stanovení jsou klíčové pro dodržování přísných regulačních požadavků (např. metod USEPA 524.2 a 8260B) a pro ochranu životního prostředí i veřejného zdraví. Spojení techniky Purge & Trap (P&T) s kapalinovou chromatografií a hmotnostní selektivní detekcí (GC/MS) umožňuje extrakci, soustředění a velmi citlivé měření stopových koncentrací VOC v řádu částí bilionu (ppt) až kvadrilionu (ppq).

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace bylo představit ověřený postup analýzy VOC ve vodách pomocí P&T a GC/MS s detektorem Agilent 5975C MSD a ukázat, jak zajistit:

• stabilní a reprodukovatelnou tuningovou proceduru na standardu 4-bromofluorbenzen (BFB),
• lineární kalibraci v rozsahu od 0,25 do 50 µg/L (a až 0,10–100 µg/L),
• metodové detekční limity (MDL) kolem 0,05–0,15 µg/L pro většinu sloučenin,
• spolehlivou automatizovanou přípravu kalibračních i kontrolních standardů s pomocí P&T zařízení Tekmar Atomx nebo StratUm/AQUATek 70.

Použitá instrumentace

Pro testování přístupu byla využita různorodá hardwarová konfigurace:

• plynový chromatograf Agilent 7890A (případně 6890N) s elektronickou regulací tlaku EPC,
• hmotnostní selektivní detektor Agilent 5975C MSD vybavený technologiemi TAD a novou automatizovanou BFB Autotune procedurou,
• Purge & Trap systémy Teledyne-Tekmar: Atomx, StratUm s AQUATek 70, Velocity či Eclipse,
• kapilární kolony Agilent J&W DB-624UI (20 m × 0,18 mm, 1,0 µm) a speciální inertní vložky linery a vzorkovací cesty s povrchy Ultra Inert nebo Inertium.

Hlavní výsledky a diskuse

Implementovaný postup s použitím BFB Autotune přinesl výrazné zlepšení stability signálu a citlivosti MSD, přičemž optimální nastavení teplot (iontové zdroje 250 °C, kvadrupól 200 °C) a Gain Factor 5 zajišťuje správné iontové poměry bez saturace. U kalibrace ICAL v rozsahu 0,25–50 µg/L byly pro všechny 71 cílových analýtů dosaženy průměrné relativní standardní odchylky (%RSD) pod 15 % (požadavek < 20 %). Prakticky u všech sloučenin byly dosaženy linearity nad dvě řády velikosti s možností rozšíření metody až na 0,10–100 µg/L. Metodové detekční limity (MDL), stanovené sedmi replikami při 0,25 µg/L, spadají do rozmezí 0,03–0,15 µg/L, u aromátů a nenásobných halogenderivátů běžně pod 0,05 µg/L. Modelový příklad pro BFB Autotune (kontrola spektrové fidelity, poměru 50/95 m/z a 174/95 m/z) garantuje dlouhodobou stabilitu a opakovatelnost měření bez nutnosti častého retuningu.

Přínosy a praktické využití metody

Popisovaný postup umožňuje laboratorním provozům:

• dosahovat nízkých a reprodukovatelných MDL v oboru ppt–ppq,
• automatizovat přípravu kalibračních a kontrolních standardů pomocí P&T stanic,
• vyhovět metodám USEPA 524.2 i 8260B při minimální údržbě zdroje MSD,
• zajistit spolehlivou kvalifikaci přístroje (BFB Tune Check, autotuning, CCV) a včasnou diagnostiku případných problémů (dehydrohalogenace, nesprávné RRF, špatné spektrální poměry).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj v těchto oblastech:

• vylepšené inertní povrchy (Inertium) ve vzorkovací cestě pro snížení adsorpce a pozadí,
• pokročilé algoritmy autotuningu a digitální kontrolu hmotnostního spektrometru s využitím strojového učení,
• rozšíření metody na pevné a složité matrice (půdy, kaly, vzorky vzduchu) s minimalizací mezistupňů přípravy,
• integrace v reálném čase pro online monitorování vodárenských procesů či průmyslových emisí.

Závěr

Popisovaný komplexní přístup k analýze VOC pomocí P&T a Agilent GC/MS s BFB Autotune dlouhodobě potvrzuje vysokou přesnost, citlivost a robustnost metody. Dodržení doporučených parametrů umožňuje spolehlivou kalibraci v širokém rozsahu, dosažení pod-ppb MDL a konzistentní splnění požadavků USEPA. Tento postup představuje silný základ pro laboratorní rutinu a současně platformu pro další inovace v oblasti environmentální analytiky.

Reference

1. R.D. Dandeneau, E.H. Zerenner, J. High Resolut. Chromatogr. 2 (1979) 351–356.
2. L.S. Ettre, The Evolution of Capillary Columns for Gas Chromatography, LCGC 19(1) (2001) 48–59.
3. J.S. Hollis, EPA Method 524.2 by Capillary Direct Split Mode Using HP5972A MSD, HP Application Note 5962-8659E (1993).