A Chemometric Approach for Ambient Air Monitoring Using Thermal Desorption GC/MS

Význam tématu

Analýza těkavých organických látek (VOC) v okolním vzduchu je klíčová pro posuzování kvality ovzduší a ochránu veřejného zdraví. Emise VOC, pocházející z průmyslu, dopravy i městských zdrojů, přispívají k tvorbě sekundárních aerosolů a ozónu v přízemní vrstvě atmosféry. Zavedení norem IS 5182-27 a IS 5182-28 přináší jednotné postupy pro pasivní i aktivní odběry vzorků, založené na technice termické desorpce a kapilární GC/MS, což zvyšuje přesnost, citlivost a reprodukovatelnost měření nebezpečných znečišťujících látek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace je demonstrovat postupy pasivního (difuzního) a aktivního (pumpovaného) odběru vzorků vzduchu podle indických norem IS 5182-27 a IS 5182-28 a jejich analýzu pomocí termické desorpce spojené s GC/MS. Studie ukazuje chemometrické zpracování dat (PCA, hierarchické shlukování) pro odlišení profilů VOC na různých lokalitách a časových úsecích, a kvantifikaci klíčových látek řady BTEX.

Použitá metodika a instrumentace

Pro aktivní odběr byly použity vícesorbentní trubice Markes IS 5182-28 a pumpa ACTI-VOC s průtokem 20 mL/min po dobu 1 h. Pasivní odběr probíhal na jednosorbentních trubicích Markes IS 5182-27 s difuzními a skladovacími víčky po 24 h, 1 týdnu a 2 týdnech.

• Automatizovaná termická desorpce: Markes TD100-xr
• Focusing trap: U-T15ATA-2S
• GC systém: Agilent 8890 GC
• Detektor: Agilent 5977C GC/MSD, helium jako nosný plyn
• Softwarová analýza: Agilent MassProfiler Professional

Hlavní výsledky a diskuse

Active sampling:

• Identifikováno více než 80 různých VOC a SVOC, včetně alifatických uhlovodíků, aromátů a halogenovaných sloučenin.
• Profil látek se lišil podle lokality: nejvyšší koncentrace a druhová pestrost byla v dopravní a průmyslové zóně, nejnižší v obytné oblasti.
• Hierarchické shlukování a PCA jasně oddělily vzorky z různých lokalit.

Passive sampling:

• Vzorkování po 1 týdnu zajistilo dostatečný nástup analyzátů na trubice; mezi obdobím 1 týden vs. 2 týdny nebyl významný nárůst intenzit.
• PCA potvrdila dobrou opakovatelnost replikátů 1týdenního vzorkování.

BTEX kvantifikace:

• Ustanoveny kalibrační křivky s lineárním rozsahem 20–400 ng, R² > 0,99.
• Koncentrace benzenu, toluenu, ethylbenzenu a xylenů v ng/L ukázaly výrazné rozdíly podle lokality a způsobu odběru.

Přínosy a praktické využití metody

Metodika nabízí vysokou citlivost, přesnost a reprodukovatelnost měření VOC v souladu s národními normami. Sorbentní trubice jsou kompaktní, přenosné a opakovaně použitelné po čistění termickou desorpcí. Aktivní odběr umožňuje kontrolu průtoku a krátkodobé i nízkokoncentrační měření, pasivní odběr je nákladově efektivní pro dlouhodobý monitoring. Chemometrické nástroje usnadňují interpretaci rozsáhlých datových souborů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace automatizovaných odběrových systémů s on-line monitoringem a bezdrátovým přenosem dat.
• Miniaturizace zařízení a vývoj nových sorbentů pro širší rozsah látek včetně semi-VOCs a SVOCs.
• Využití strojového učení pro pokročilé třídění, předpověď vývoje znečištění a lokalizaci zdrojů emisí.
• Implementace výsledků do inteligentních městských sítí kvality ovzduší.

Závěr

Popisovaná aplikace úspěšně demonstrovala metody pasivního i aktivního odběru vzorků podle norem IS 5182-27/28 a jejich analýzu termickou desorpcí GC/MS. Kombinace s chemometrickou analýzou poskytuje robustní nástroje pro rozlišení a kvantifikaci VOC v různých prostředích. Metody jsou vhodné pro rutinní monitorování kvality ovzduší i speciální studie zdrojů emisí.

Reference

1. U.S. Environmental Protection Agency. Compendium Method TO-17: Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling onto Sorbent Tubes. 1999.
2. Mas, S.; de Juan, A.; Tauler, R.; Olivieri, A. C.; Escandar, G. M. Application of Chemometric Methods to Environmental Analysis of Organic Pollutants: A Review. Talanta 2010, 80(3), 1052–1067.
3. Massart, D. L.; Vandeginste, B.; Buydens, L.; De Jong, S.; Lewi, P.; Smeyers-Verbeke, J. Handbook of Chemometrics and Qualimetrics, Part A; Elsevier Science, 1997.
4. U.S. Environmental Protection Agency. Technical Overview of Volatile Organic Compounds. 2025.
5. Sharma, S. et al. Variability in Air Quality, Ozone Formation Potential by VOCs, and Associated Health Risks for Delhi’s Inhabitants. RSC, 2024.
6. Bureau of Indian Standards. IS 5182-27:2024. Air Pollution – Methods for Measurement – Part 27: Vapour-Phase Organic Chemicals C3–nC22 by Passive Sampling.
7. Bureau of Indian Standards. IS 5182-28:2025. Air Pollution – Methods for Measurement – Part 28: Vapour-Phase Organic Chemicals C3–nC30 by Pumped Sorbent Tubes and Thermal Desorption GC Analysis.