Extending the Hydrocarbon Range for the Analysis of Soil Gas Samples Using Automated Thermal Desorption Coupled with Gas Chromatography–Mass Spectrometry

Význam tématu

Analýza těkavých a polotěkavých organických sloučenin v půdních plynech je klíčová pro hodnocení rizik kontaminace a ochranu zdraví. Standardní metody EPA TO-15 a TO-17 byly limitovány rozsahem do sloučenin C3–C12, přičemž mnoho reálných lokalit vykazuje přítomnost složek až do C26 (např. složky nafty či polycyklické aromáty). Rozšíření analytického rozsahu umožní reprezentativnější charakterizaci složení půdního plynu a doplní stávající předpisy a legislativní požadavky.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo optimalizovat chemii termické desorpce pomocí metody TO-17 tak, aby se spolehlivě určovaly VOC v rozmezí C3–C26. Studie hodnotila průnik na sorbentu, přesnost, linearitu, detekční limity a reálné nasazení na lokalitách kontaminovaných dieselem a semivolatilními polynukleárními aromaty (až do pyrenu) za podmínek vysoké vlhkosti.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorkování pomocí aktivního odběru na sorpční trubici následované automatizovanou termickou desorpcí a GC–MS.

• Sorbentní trubice dle EPA TO-17
• Termický desorbér TurboMatrix 650 (PerkinElmer)
• Chromatograf Clarus 680 s analytickou kolonnou Rxi-624Sil MS (60 m × 0,25 mm, 1,4 µm)
• Hmotnostní spektrometr Clarus SQ8 (PerkinElmer), režim full scan
• Peltierův chladič na koncentrátoru (až –35 °C), suchý purg dusíkem 50 mL/min
• Desorpce trubice při 325 °C, 10 min, proud 50 mL/min
• GC program od 35 °C do 275 °C s postupným rampováním

Hlavní výsledky a diskuse

Průnik test ukázal minimální ztrátu analytů; vinylchlorid se neprolomil ani při 10 L vzorku za vysoké vlhkosti. Obnova polynukleárních aromat (např. 1-metylnaphtalen, fluorenu, fenantrenu, anthracenu) dosáhla 98–99 %. Linearita byla velmi dobrá (r2 ≥ 0,999), detekční limity 0,05 µg/m3 při 1 L vzorku. RSD interního standardu pod 2 % a celková přesnost metody splňují kritéria EPA TO-17. Pyren byl při 325 °C zjištěn s 90% návratností. Voda byla účinně redukována suchým purgem na instrumentální pozadí.

Přínosy a praktické využití metody

Optimalizovaná termická desorpce umožňuje:

• Rozšíření analytického rozsahu až do C26
• Opakované použití sorbentních trubic po rychlém vyčištění
• Nákladovou úsporu díky malé hmotnosti a nižším nákladům na dopravu
• Vysokou odolnost vůči vlhkosti a spolehlivou retenci toxických plynů
• Rychlou integraci do rutinního monitoringu QA/QC a posuzování lokalit

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování zahrnuje rozšíření do těžších PAH, kombinaci s on-line senzory pro rychlý screening, miniaturizaci přístrojů pro terénní analýzy a integraci s pokročilými výpočetními modely pro podporu rozhodování při sanacích. Adaptace na nové regulační limity a vývoj sorbentů s vyšší kapacitou otevřou cestu k detekci stále širšího spektra kontaminantů.

Závěr

Optimalizace metody TO-17 s využitím Peltierova chladiče a hydrofobních sorbentů umožnila spolehlivé určení VOC v rozsahu C3–C26 v půdních plynech. Metoda splňuje požadavky EPA na průnik, linearitu, přesnost i detekční limity a nabízí praktické výhody pro monitoring kontaminovaných lokalit za vysoké vlhkosti.

Reference

1. California Environmental Protection Agency. How Much Air Do We Breathe? Research Note #94-11, 1994.
2. New York State Department of Health. Guidance for Evaluating Soil Vapor Intrusion in the State of New York, 2006.
3. British Columbia Ministry of Environment. Update on Contaminated Sites: Stage 6 Amendments to the Contaminated Sites Regulation, 2008.
4. U.S. EPA. Method TO-15: The Determination of Volatile Organic Compounds in Air Collected in Specially-Prepared Canisters, 1999.
5. U.S. EPA. Method TO-17: Determination of Volatile Organic Compounds in Ambient Air Using Active Sampling onto Sorbent Tubes, 1999.
6. Provost R., Marotta L., Thomas R. LCGC North America 32(10):810–818, 2014.
7. Marotta L., Snow M., Varisco S. Optimizing Analytical Parameters for Soil Vapor and Indoor Air Samples Using ATD/GC/MS. AWMA Annual Symposium, Indianapolis, 2009.