Comparative Analysis of Air Sampling Strategies for VOC Monitoring using TD- GCMS Along with Chemometrics Study to Enhance Understanding of Complex Samples

Význam tématu

Monitoring těkavých organických sloučenin (VOC) v ovzduší je nezbytný pro zajištění kvality vzduchu v průmyslových i městských oblastech. VOC přispívají ke vzniku sekundárních aerosolů a přízemního ozonu, což má dopady na zdraví obyvatel a životní prostředí. Spolehlivé stanovení koncentrací těchto látek vyžaduje vhodné vzorkovací strategie a citlivé analytické metody.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřuje na srovnání dvou přístupů ke vzorkování vzduchu: aktivního (pumped) a difuzního (passive). Hlavní cíle jsou:

• Porovnat kvalitu dat vyprodukovaných oběma metodami ve čtyřech typech lokalit (průmyslová, obytná, dopravní, čerpací stanice).
• Vyhodnotit citlivost a časovou flexibilitu vzorkování.
• Využít chemometrické nástroje k analýze komplexních dat a identifikaci vzorců v souborech VOC.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorkování:

• Aktivní: sorpční trubice Markes IS5182-28, ACTI-VOC pumpa, průtok 20 ml/min, doba 1 hodina v jednotlivých lokalitách.
• Pasivní: sorpční trubice Markes IS5182-27 na Field Stations, expozice 24 hodin, 1 týden, 2 týdny.

Analytika:

• Termická desorpce-GC-MS (TD-GC-MS) s použitím desorbéru Markes TD100-xr a chromatografu Agilent 8890 spojeného s hmotnostním spektrometrem 5977C.
• Data zpracována v softwaru Mass Profiler Professional pro chemometrickou analýzu a vizualizaci.

Hlavní výsledky a diskuse

Aktivní vzorkování odhalilo přítomnost klíčových VOC jako benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů. Intenzity signálů byly nejvyšší v dopravní oblasti, nižší v obytné. Vennův diagram ukázal unikátní sloučeniny pro jednotlivé lokality například 2,2,4,6,6-pentamethylheptan v průmyslu a trichloroethylen v obytné zóně. Hierarchická analýza potvrdila shlukování vzorků podle typu lokality.
Pasivní vzorkování prokázalo, že delší expozice vede k nárůstu intenzit signálů, s největším nárůstem mezi 24 hodinami a jedním týdnem. PCA analýza potvrdila konzistenci replikátu za jedno týden. Kvantifikace BTEX ukázala, že aktivní vzorky z dopravní oblasti dosahují benzenu až 49,2 ng/L, zatímco pasivní expozice 24 hodin přinesla 9,8 ng/L.

Přínosy a praktické využití metody

• Aktivní vzorkování poskytuje rychlé výsledky vhodné pro okamžitý monitoring.
• Pasivní vzorkování umožňuje dlouhodobé sledování bez potřeby elektrické energie na místě.
• Chemometrie výrazně usnadňuje zpracování velkých datových sad a odhalování skrytých vzorců.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace on-line senzorů a automatizovaných stanic pro kontinuální monitoring.
• Využití strojového učení a pokročilých algoritmů pro predikci kvality ovzduší.
• Rozšíření sítí pasivních stanic pro plošné mapování znečištění.
• Vývoj citlivějších sorpčních materiálů pro širší spektrum VOC.

Závěr

Studie ukázala, že kombinace aktivního a pasivního vzorkování spolu s TD-GC-MS a chemometrickou analýzou poskytuje komplexní přehled o expozici VOC v různých prostředích. Aktivní metoda slouží pro okamžité zásahy, pasivní pro dlouhodobé sledování. Chemometrie zvyšuje kvalitu interpretace výsledků.

Reference

• Compendium Method TO-17 Determination of volatile organic compounds in ambient air using active sampling onto sorbent tubes US Environmental Protection Agency 1999
• Mas S de Juan A Tauler R Olivieri AC Escandar GM Application of chemometric methods to environmental analysis of organic pollutants A review Talanta 2010 80(3) 1052–1067
• Technical Overview of Volatile Organic Compounds US Environmental Protection Agency Indoor Air Quality IAQ accessed 6 April 2020