Analysis of Volatile Organic Compounds in Water Using Static Headspace-GC/MS

Význam tématu

Analýza těkavých organických sloučenin (VOC) ve vodě je klíčová pro ochranu zdraví a životního prostředí a pro splnění přísných regulačních limitů. Statická hlava vzorku (SHS) spojená s GC/MS nabízí robustní a snadno ovladatelnou alternativu k tradičnímu „purge and trap“ (P&T), pokud je využita moderní instrumentace s vysokou citlivostí.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo optimalizovat SHS-GC/MS postup pro stanovení 60 cílových VOC ve vodě na úrovních nízkých ppt, dosáhnout citlivosti srovnatelné s P&T, a přitom využít výhod vysoké robustnosti a minimalizace carry-over. Studie zahrnovala vývoj a validaci metody podle EPA 524.2 a typických evropských norem.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Příprava vzorku: 10 mL vody + 7 g Na₂SO₄ ve 20 mL vialce, přídavek 10 µL interních standardů (1,2-dichloroethan-d₄, toluen-d₈, chlorbenzen-d₅, 800 ng/L)
• SHS podmínky: inkubace 10 min při 70 °C, přetlaku 20 kPa, shake režim, objem smyčky 1 mL, split 1:10
• Chromatografie: Agilent 7890A GC, kolona DB-624 (20 m × 0,18 mm × 1 µm), He 95 kPa, program od 40 °C do 250 °C (celkem 25 min)
• Detekce: Agilent 5975C MSD s triple-axis detektorem (TAD, upgrade kit G3392A), režim současného scan/SIM, trace ion detection (TID) ON

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimalizace teploty a času inkubace ukázala, že nejlepší citlivost se dosahuje při 70 °C a 10 min, kdy jsou výškově i šířkově vhodně tvarované chromatografické píky i pro velmi těkavé sloučeniny.
• Přídavek soli (nasycený Na₂SO₄) zvýšil odezvu průměrně 2,2×, u některých analyzovaných sloučenin až 4× díky tzv. “salting-out” efektu.
• Vialový přetlak 20 kPa zajistil dostatečné plnění smyčky bez nadměrného ředění; vyšší tlaky snižovaly citlivost.
• Linearity r² > 0,99 pro většinu sloučenin, průměrné RSD kalibračních RF 13,6 %. Opakovatelnost (n = 6) na 150 ppt úrovni RSD = 5,4 %.
• Detekční limity (LOD) typicky ≤ 20 ppt, pro aromáty ≤ 10 ppt, nejslabší sloučenina 1,2-dichloroethan měla LOD 136 ppt; o řád až dva lepší než požaduje legislativa (0,5–10 ppb).
• Současný režim scan/SIM umožnil potvrzení identity z nontarget scan dat při koncentracích ≥ 1 ppb a pět a více měřených bodů na píku i v SIM režimu.
• Analýza reálných vzorků: vodovodní voda obsahovala chlorované a bromované vedlejší produkty dezinfekce; říční vzorek vykázal nízké stopy aromátů (xyleny, trimethylbenzeny, cumen).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda kombinuje jednoduchost a spolehlivost SHS s citlivostí srovnatelnou s P&T. Díky menší údržbě, eliminaci složitých pupežních kroků a minimalizaci cross-contamination je vhodná pro rutinní monitorování pitné i povrchové vody v laboratořích QA/QC i výzkumu.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další směřování zahrnuje zvýšení automatizace a throughputu SHS autosamplerů, rozšíření na matrice s vysokým obsahem organiky, integraci s dalšími detektory (FTIR, QTOF), zkoumání mikрохeadspace přístrojů a miniaturizovaných GC systémů pro terénní analýzy.

Závěr

Optimalizovaný SHS-GC/MS postup s využitím triple-axis detektoru a TID režimu dosahuje detekčních limitů 0,01–0,02 µg/L pro většinu VOC, splňuje nebo překračuje legislativní požadavky EU i EPA a nabízí vysokou robustnost a jednoduchou obsluhu.

Reference

• Jacq K., David F., Sandra P. Application Note: Analysis of Volatile Organic Compounds in Water Using Static Headspace-GC/MS. Agilent Technologies, 2008.
• US EPA Method 524.2. Measurement of Purgeable Organic Compounds in Water by Capillary Column Gas Chromatography/Mass Spectrometry.
• European Council Directive 98/83/EC on the quality of water intended for human consumption.