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

Význam tématu

Analýza rozpuštěných plynů ve vodě je klíčová pro hodnocení kvality pitné i průmyslové vody a pro sledování dopadů těžby zemního plynu a znečištění životního prostředí. Automatizované postupy šetří čas, zvyšují reprodukovatelnost a minimalizují rizika spojená s manuální přípravou vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie je představit kalibraci rozpuštěných plynů (methan, ethan, ethylen) pomocí statického headspace vzorkování v systému LGX50, ověřit přesnost a opakovatelnost měření a ukázat aplikaci Henryova zákona pro převod naměřených dat na koncentrace v kapalné fázi.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky vody se nasycují definovaným objemem směsi plynů, poté se zahřejí na 60 °C a promíchají po dobu 10 minut. Následně se odebírá hlava vzorku pomocí automatického vzorkovače LGX50 a analyzuje se na GC/FID. Naměřené signály se převádějí na koncentrace v kapalině pomocí výpočtů podle Henryova zákona a rovnice pro nasycený plyn.

Použitá instrumentace

• Autosampler LGX50 s 1 ml smyčkou
• GC/FID Agilent 5890
• Kolona Restek RT Q-bond 30 m × 0,53 mm × 20 µm
• Nosný plyn helium, split ratio 20:1
• Oven program: 45 °C (1 min), rampování 16 °C/min do 180 °C (1,06 min), celkem 10,5 min

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační křivky pro analyty vykázaly lineární rozsah 10–1000 ppm s koeficientem determinace R² = 0,998. Metoda detekce (MDL) byla stanovena mezi 2,4 až 5,2 ppm. Přesnost (RSD) se pohybovala kolem 8–9 % a spolehlivost měření (obnovení) dosahovala 94–96 %. Henryovy konstanty pro jednotlivé plyny byly odvozeny jako lineární funkce teploty. Analýza reálných vzorků rozpuštěných plynů prokázala obnovy 98–114 %.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizace headspace vzorkování výrazně snižuje pracovní náročnost a riziko chyb při přípravě vzorků. Metoda poskytuje rychlé a reprodukovatelné výsledky vhodné pro rutinní kontroly kvality vody, environmentální monitoring i průmyslovou analytiku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozšíření analyzovaného spektra plynů, integrace s online monitorovacími systémy, využití pokročilých detektorů (např. hmotnostní spektrometrie) a aplikace strojového učení pro optimalizaci kalibrace a predikci výsledků. Dále může dojít k vývoji terénních modulů pro rapidní měření v místě odběru.

Závěr

Popsaný postup s autosamplerem LGX50 je spolehlivý, přesný a efektivní pro kvantifikaci rozpuštěných lehkých uhlovodíků ve vodě. Metoda nabízí lineární kalibraci, nízké limity detekce a výrazné úspory času a nákladů na přípravu vzorků.

Reference

• Dean, John A., Lange’s Handbook of Chemistry. 14th Edition, R.R. McGraw-Hill, Inc., 1992.
• Gas Encyclopaedia. (2009). Air Liquide Encyclopedia.
• ConocoPhillips Company. Drilling and Completion. (2012).
• Hudson, Felisa. RSK SOP-175, Rev. 2, May 2004.
• EPA New England. Technical Guidance for Natural Attenuation Indicators. Revision 1, July 2001.
• PADEP. Light Hydrocarbons in Aqueous Samples via Headspace and GC/FID, Rev. 0, April 2012.