Completely cryogen-free monitoring of ozone precursors, air toxics, and oxygenated volatile organic compounds in ambient air in a single run

Kompletně bezkryogenní monitorování ozónových prekursorů, vzdušných toxických látek a kyslíkatých VOC v okolním vzduchu

Význam tématu

Koncentrace těkavých organických látek (VOC), které se podílejí na tvorbě ozónu, a vzdušných toxických látek (air toxics), včetně kyslíkatých VOC (OVOC), zásadně ovlivňuje kvalitu ovzduší a zdraví obyvatel. Tradiční metody vyžadují kryogenní chlazení a dvě analytické platformy, což zvyšuje provozní náklady, spotřebu zdrojů a komplexitu laboratoře.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje bezkryogenní analytický workflow schopný simultánně detekovat 117 látek z kategorií ozónových prekursorů (PAMS), vzdušných toxických látek (TO-15) a kyslíkatých VOC (OVOC) v jednom 52minutovém běhu. Systém kombinuje automatický odběr vzorků z canistrů pomocí CIA Advantage-xr, bezkryogenní modul Kori-xr na odstraňování vlhkosti, termodesorbér UNITY-xr s Dry-Focus3 a mikrofluidickou Deans Switch dvourozměrnou GC-MS/FID konfiguraci.

Použitá instrumentace

• Markes CIA Advantage-xr canister autosampler s interním standardizačním injektorem
• Markes Kori-xr zařízení pro bezkryogenní odstraňování vody
• Markes UNITY-xr termodesorbér s Dry-Focus3 přístupem a speciálním focusing trapem
• Thermo Scientific TRACE 1310 GC s mikrofluidickou Deans Switch spojkou
• TraceGOLD TG-VVOC B primární kolona a TracePLOT TG-Bond Q+ sekundární kolona
• Thermo Scientific ISQ 7000 single quadrupole GC-MS s AEI zdrojem a FID detektorem

Použitá metodika

Vzorky okolního vzduchu o objemu 50–600 mL při 100 % relativní vlhkosti byly odebírány z canistrů obsahujících standardy PAMS, TO-15 a OVOC. Vzorek procházel Kori-xr modulem, kde se bez kryogenního chlazení odstranila většina vodní páry. Analyty se zachytily v Dry-Focus3 pasti při –30 °C, poté proběhlo suché puržování a rychlá desorpce při zahřátí až na 250 °C s následnou injekcí do GC. Mikrofluidická Deans Switch modu umožnila selektivní přesměrování frakcí na MS (primární kolona) a FID (sekundární kolona) pro optimální oddělení C2/C3 uhlovodíků i formaldehydu.

Hlavní výsledky a diskuse

• Linearity: koeficient R2 > 0,99 pro všechny analyty v rozsahu ekvivalentních koncentrací 1,25–15 ppb.
• Stabilita relativních odpovědních faktorů (RRF): průměrné RSD 5 %, maximálně 12 % (požadovaný limit < 30 %).
• Reprodukovatelnost retenčních časů: RSD < 0,17 %; odezvy: RSD < 7,5 % bez interní korekce, < 2,1 % s korekcí interním standardem.
• Detekční limity splňují kritéria čínské metody HJ 759 a EA-VOC-MP (většina látek < 0,15 ppb).
• Minimální carry-over (< 0,14 %, < 0,15 ppb), umožňující rychlou sekvenční analýzu bez opakujících se blank vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

Bezkryogenní přístup snižuje náklady na provoz a údržbu, eliminuje riziko zamrzání a blokací, zkracuje dobu analýzy pod 60 minut a umožňuje plně automatizovaný chod i dlouhodobé monitorovací kampaně. Systém podporuje jak canister sampling, tak zpětné shromažďování částic pro budoucí analýzu sorbentovými trubičkami.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další kroky mohou zahrnovat integraci s kontinuálními online stanicemi, použití automatické kalibrace vzdušnými standardy a nasazení v remote monitoring sítích s minimální obsluhou. Vývoj miniaturizovaných termodesorbérů a pokročilých algoritmů pro zpracování dat povede k rychlé detekci změn kvality ovzduší a podpoří krizové řízení v reálném čase.

Závěr

Popisovaný bezkryogenní systém spojující CIA Advantage-xr, Kori-xr a UNITY-xr s mikrofluidickou Deans Switch GC-MS/FID umožňuje efektivní, citlivé a reprodukovatelné stanovení 117 sloučenin PAMS, TO-15 a OVOC v jednom běhu s krátkou dobou analýzy, splňující i překračující požadavky standardních metod.

Reference

1. Čínská EPA Metoda HJ 759: Stanovení VOC v okolním vzduchu GC/MS, 2015.
2. Čínská EPA Metoda HJ 683: Stanovení aldehydů a ketonů HPLC, 2014.
3. U.S. EPA Kompendium Metoda TO-15: VOC v canistrech GC/MS, 1999.
4. Photochemical Assessment Monitoring Stations (PAMS), U.S. EPA.
5. Markes International Application Notes 129, 133.