Evaluation of a ‘Soil Gas’ sorbent tube for improving the measurement of volatile and semi-volatile fuel vapors in soil contaminated land

Význam tématu

Analýza těkavých a polo­těkavých uhlovodíků v půdním plynu je klíčová pro hodnocení rizika vnikání par do budov (vapor intrusion) a pro identifikaci zdrojů unikajících paliv na kontaminovaných lokalitách. Přesné určení profilu ropných uhlovodíků (vč. benzenu, naftalenu a celkových uhlovodíků TPH) umožňuje lepší posouzení zdravotního rizika a optimalizaci nápravných opatření.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem studie bylo navrhnout a ověřit speciální kombinaci sorbentů v kovové trubičce pro odběr půdního plynu kontaminovaného palivy střední destilace (nafta, kerosin, benzín). Klíčové body:

• Optimalizace sorbentního materiálu (Tenax TA + Carbotrap X/Carbograph 5TD) pro kvantitativní zachycení C4–C26
• Testování účinnosti odběru a zpětného uvolnění za suchých i vlhkých podmínek a při teplotách 30 °C a 50 °C
• Ověření kompatibility vzorků se standardními termodesorpčními analyzátory (TO-15/TO-17) bez nutnosti investice do dalšího vybavení

Použitá metodika a instrumentace

Pro simulaci půdního plynu bylo použito zařízení Micro-Chamber/Thermal Extractor (µ-CTE) se šesti komorami (každá ~45 ml), do nichž se vkládal provzorkovaný písek s 1 µl paliva a případně vodou pro vytvoření vlhkých podmínek. Parametry odběru:

• Průtok vzorkovacího vzduchu: 50 ml/min, doba odběru 5 min
• Teplota komory: 30 °C a 50 °C

Sorbentní trubičky: Tenax TA + Carbotrap X (nebo Carbograph 5TD)
Termální desorpce:

• Předpurge: 3 min, desorpce trubičky: 5 min při 300 °C
• Chladicí past: 25 °C až 310 °C
• Split flow: 50 ml/min
• Cesta plynu: 200 °C

GC/MS: VF-5ms, 30 m × 0,25 mm × 0,25 µm, He, program 50 °C–300 °C, sken 35–600 amu.

Hlavní výsledky a diskuse

Sorbentní trubičky prokázaly:

• Kvantitativní zachycení celého rozsahu ropných uhlovodíků C4–C26
• Návratnost i vyšších destilačních frakcí bez selektivních ztrát
• Nezřetelné přenášení kontaminantů při opakované desorpci (< 0,1 % carryover)
• Stabilita odběru pod vlhkými a suchými podmínkami i při vyšší teplotě do 50 °C
• Možnost opakovaného použití více než 100 cyklů bez dodatečného čištění

Sledování těžších sloučenin (polycyklické uhlovodíky, C12–C18) bylo úspěšné i v extrémnějších podmínkách, což ilustruje výhodu oproti odběru kanystrem, který typicky ztrácí méně těkavé komponenty.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje laboratořím vybaveným termodesorpčním GC/MS pro analýzu vzduchu nabídnout službu odběru a analýzy půdního plynu bez dalšího investičního vybavení. Klíčové přínosy:

• Vyšší věrnost profilu palivových uhlovodíků
• Snížení nákladů na čištění a údržbu odběrných zařízení
• Rychlá návratnost položek (vícenásobné opakované použití)

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry vývoje a aplikace:

• Integrace automatických odběrových modulů pro kontinuální monitoring
• Rozšíření rozsahu analyzovaných látek o reaktivní heteroatomové sloučeniny
• Implementace miniaturizovaných sorpčních jednotek pro mobilní či terminálový monitoring
• Propojení s modely transportu znečištění pro komplexnější hodnocení rizik

Závěr

Navržené sorbentní trubičky kombinující Tenax TA a Carbotrap X/Carbograph 5TD představují efektivní, flexibilní a nákladově úsporné řešení pro odběr a analýzu půdního plynu kontaminovaného palivy. Metoda zajišťuje kvantitativní zachycení širokého rozsahu ropných uhlovodíků, opakované použití bez dodatečné přípravy a kompatibilitu se stávajícími laboratořemi vybavenými TO-15/TO-17 analyzátory.

Reference

• US EPA Compendium Method TO-15: Determination of volatile organic compounds in air collected in SUMMA canisters and analyzed by GC/MS
• US EPA Compendium Method TO-17: Determination of volatile organic compounds in ambient air using active sampling onto sorbent tubes
• Hayes H.C. et al., Evaluation of sorbent methodology for petroleum-impacted site investigations, Air & Waste Management Assoc. Symp. 2007
• Markes TDTS Note 53: Quantitative recovery of high boiling semi-volatiles using thermal desorption
• Markes TDTS Note 79: Canisters vs. sorbent tubes – výhody a aplikace
• Markes TDTS Note 80: Soil gas sorbent tube evaluation for volatile and semi-volatile fuel vapors