Alternative Methods to RSK 175 Using Purge and Trap Concentration and Automated Headspace for the Analysis of Dissolved Gases in Drinking Water

Význam tématu

Hydraulické frackingové postupy vedou k uvolňování metanu a dalších nízkomolekulárních uhlovodíků do podzemních vod, což zvyšuje riziko kontaminace pitné vody. Rychlá a přesná analýza těchto plynů je klíčová pro environmentální monitoring a ochranu veřejného zdraví.

Cíle a přehled studie / článku

Studie hodnotí alternativní metody k metodě USEPA RSK 175 pro stanovení rozpuštěných plynů (methanu, ethanu, ethenu a propanu) ve vodě. Porovnává dva přístupy: koncentrační purge-and-trap (P&T) a automatizovanou headspace (HS) techniku, oba spojené s GC/FID detekcí.

Použitá instrumentace

• Stratum Purge and Trap Concentrator (PTC) s proprietárním sorpčním trapem P/N 15-0885-403
• AQUATek 100 Autosampler pro automatizovanou přípravu vzorků P&T
• HT3 a Versa headspace analyzátory s loop sampling technikou
• GC/FID systém s column Restek Rt-U-BOND 15 m × 0,53 mm × 20 µm
• Recirkulační chiller bath udržující teplotu vzorků pod 10 °C

Použitá metodika

Pro metodiku purge-and-trap se využívalo 5 mL vzorku za purge času 1,5 min a teploty 20 °C, následuje termo-desorpce na trapu a přenos do GC. Headspace analýza probíhala na 10 mL vzorcích při 64 °C po 30 min equilibration, následná injekce smyčkou. Kalibrace byla prováděna v matrici vody připravené nasycením plynu ve vodním zásobníku při 0 °C. Rozsah kalibrace pro CH₄ byl 7,92 ppb–19,8 ppm (P&T) a 20 ppb–24 ppm (HS).

Hlavní výsledky a diskuse

Purge-and-trap:

• Linearity (r²) pro CH₄–C₃H₈ v rozmezí 0,9995–1,0000
• Metoda detekční limity (MDL): 0,4 ppb (CH₄), 31 ppb (C₂H₄), 21 ppb (C₂H₆), 18 ppb (C₃H₈)
• Carryover < 0,04 % pro všechny analyty

Headspace (HT3 vs. Versa):

• r² v rozmezí 0,9958–0,9992
• %RSD obvykle pod 12 %
• MDL 2–7 ppb (v závislosti na analytech a přístroji)

Chromatogramy ukazují srovnatelnou citlivost a rozlišení mezi oběma HS systémy.

Přínosy a praktické využití metody

Automatizace P&T i HS výrazně snižuje pracovní čas a riziko lidské chyby. Metody využívají běžné laboratorní přístroje a splňují validační požadavky stávajících norem RSK 175 a BOL6019, což usnadňuje jejich zavedení v enviromentálních laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšířená aplikace pro on-line monitoring kvality vody v blízkosti frackingových lokalit, integrace se senzory pro nepřetržité měření a možnost rozšíření analýzy o další těkavé organické sloučeniny. Vývoj bude směřovat k miniaturizaci a mobilním jednotkám pro terénní měření.

Závěr

Obě metody – purge-and-trap a automatizovaná headspace – prokázaly vysokou linearitu, nízké MDL a minimální carryover. Díky plné automatizaci poskytují spolehlivé a efektivní řešení pro rutinní stanovení rozpuštěných plynů v pitné vodě.

Reference

1. Don H. Kampbell, Steve A. Vandegrift: Analysis of Dissolved Methane, Ethane, and Ethylene in Ground Water by a Standard Gas Chromatographic Technique. Journal of Chromatographic Science, 1998.
2. PA Dept. of Environmental Protection: C1 to C3 Dissolved Gases via Headspace and GC/FID, Revision 5, 2011.
3. Energy Information Administration: Annual Energy Outlook 2009.
4. Tip of the Mitt Watershed Council: Natural Gas Drilling and Water.
5. Ohio Department of Natural Resources: The Facts about Hydraulic Fracturing.
6. United States Environmental Protection Agency: Hydraulic Fracturing.
7. Energy Information Administration: Review of Emerging Resources: U.S. Shale Gas and Shale Oil Plays.