Automated Determination of Dissolved Gases in Water By Headspace Calibration of Mixed Gases

Význam tématu

Automatická analýza rozpuštěných plynů ve vodě je klíčová pro monitorování znečištění spojeného s hydraulickým štěpením a těžbou zemního plynu. Rychlé a přesné stanovení metanu, ethanu a ethylénu umožňuje hodnotit kvalitu podzemní i povrchové vody a plnit environmentální standardy.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a ověřit protokol pro kalibraci rozpuštěných plynů ve vodě pomocí statického headspace odběru v kombinaci s GC/FID. Práce navazuje na RSK-175 SOP a zavádí jednotný přístup k přípravě standardů, testování přesnosti a limitů detekce.

Použitá metodika a instrumentace

Pro kalibraci a analýzu byl použit autosampler LGX50 vybaven jednovrstvou 1ml smyčkou a GC/FID Agilent 5890 se sloupcem Restek RT Q-bond (30m × 0,53mm × 20µm).

• Autosampler LGX50: headspace screening i automatizace odběrů rozpuštěných plynů
• GC/FID: teplota inletu 250 °C, tlak 9psi, helia jako nosného plynu
• Kolonový program: 45 °C (1 min), rampou 16 °C/min na 180 °C (1,06 min)

Kalibrační standardy se připravily přidáním definovaných objemů 1 % směsi plynů do zkumavek s vodou, následovalo 10minutové vyrovnání při 60 °C a odběr headspace.

Hlavní výsledky a diskuse

Lineární kalibrační křivky pro metan, ethan a ethylén dosáhly koeficientů R² 0,998 v rozsahu 10–1000 ppm. Limity detekce (MDL) byly 5,18 ppm pro metan, 2,47 ppm pro ethan a 2,37 ppm pro ethylén. Reprodukovatelnost (RSD) se pohybovala kolem 8–9 % a přesnost recovery mezi 94–96 %. Pomocí Henryovy konstanty a saturace plynu se úspěšně zpětně vypočetly koncentrace rozpuštěných plynů, které odpovídaly známým hodnotám s odchylkami do ±14 %.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizace odběru a kalibrace výrazně snižuje pracovní náročnost a snižuje náklady na laboratorní analýzy. Metoda nachází uplatnění v environmentálním monitoringu, hydrogeologii a v průmyslové kvalitě vody.

Budoucí trendy a možnosti využití

Dalším rozvojem může být integrace on-line monitoringu, rozšíření analyzovaných plynů (CO₂, H₂S) a aplikace mikročipové GC pro v terénu. Vzrůstající zájem o rychlou diagnostiku ve spojení s IoT a pokročilou datovou analýzou umožní real-time sledování změn kvality vody.

Závěr

Navržená metoda s autosamplerem LGX50 a GC/FID poskytuje spolehlivou a opakovatelnou analýzu rozpuštěných lehkých uhlovodíků ve vodě. Při zachování dobré lineárnosti a nízkých MDL přináší významné úspory práce a nákladů, což podporuje její širší nasazení v laboratorní praxi.

Reference

1. Solubility of Gases in Water. The Engineering Toolbox, 2011.
2. Gas Encyclopaedia. Air Liquide, 2009.
3. ConocoPhilips Company, Drilling and Completion, 2012.
4. Felisa Hudson, RSK-SOP-175, Revision No. 2, 2004.
5. EPA New England, Technical Guidance for the Natural Attenuation Indicators: Methane, Ethane, and Ethene, Rev. 1, 2001.
6. PADEP 3686: Light Hydrocarbons in Aqueous Samples via Headspace and GC/FID, Rev. 0, 2012.