Ozone Precursor Analysis Using a Thermal Desorption- GC System

Význam tématu

Monitoring atmosférických prekurzorů zemního ozónu je zásadní pro plnění norem kvality ovzduší a pro ochranu zdraví i životního prostředí. Určení koncentrací C2–C12 těkavých organických sloučenin (VOC) v nízkých úrovních a sledování jejich denních variací přispívá k přesnějšímu řízení emisních opatření a predikci smogových událostí.

Cíle a přehled studie / článku

Popisuje se vývoj a validace automatizovaného terénního systému pro automatický odběr a analýzu 54 (USA) resp. 27 (EU) VOC prekurzorů ozónu bez použití kapalného dusíku. Součástí je porovnání s EPA metodami TO-14/15/17, implementace požadavků PAMS (US Photochemical Assessment Monitoring Stations) a legislativy EU.

Použitá instrumentace

• TurboMatrix™ TD (PerkinElmer) s online odběrovým modulem
• Gas chromatograph Clarus® 580 GC s dvojicí FID detektorů
• Heart­cut přepínací zařízení pro paralelní chromatografii na dvou kolónách
• PLOT kolona (alumina/Na2SO4) pro C2–C6 sloučeniny
• Dimethylsiloxanová kolona (50 m × 0,22 mm × 1 µm) pro těžší VOC
• Nafion® membránový vysoušeč vzduchu
• Řídicí software TotalChrom® a TurboMatrix Remote Control

Metodika

Vzorky ambientního vzduchu se kontinuálně odebírají 40 minut každou hodinu za průtoku ~15 mL/min na Peltierem chlazený pastičkový trap (−30 °C) s dvojím sorbentem (grafitovaný černý uhlík + molekulární síto). Po adsorpci proběhne rychlá termická desorpce (až 2400 °C/min) do GC. Heartcut ventil rozděluje eluát na dvě kolony, což zajišťuje plnou separaci všech cílových sloučenin během 48 minut. Detekce probíhá pomocí dvou FID současně.

Hlavní výsledky a diskuse

• Metoda splňuje požadavky EPA/600-R-98/161 a EU 2002/3/CE.
• Detekční limity pod 0,1 ppb, přesnost retenčních časů RSD < 0,15 %.
• RSD plošného signálu většiny analit < 5 % (n = 15).
• Dynamický rozsah zachycuje C2–C12 VOC bez kryogenního chlazení.
• Vysoce účinné odstranění vlhkosti pomocí Nafion® membrány stabilizuje retence na PLOT koloně.
• Testy v terénu (Londýn, přístav v Anglii) prokázaly spolehlivý 24/7 provoz a citlivé zachycení místních emisních událostí.

Přínosy a praktické využití metody

• Unattended provoz s automatickou kalibrací a vzdáleným dohledem (LAN, internet).
• Eliminace kapalného dusíku zjednodušuje instalaci a snižuje provozní náklady.
• Paralelní chromatografie zkracuje dobu analýzy pod 1 hodinu a umožňuje hodinové intervaly měření.
• Systém slouží pro národní monitorovací stanice i mobilní měření ve smogových oblastech.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s IoT platformami pro agilní řízení kvality ovzduší.
• Rozšíření sortimentu analyzovaných VOC o další toxické a polaritní sloučeniny.
• Využití umělé inteligence pro pokročilou kalibraci a predikci emisních trendů.
• Implementace do sítí senzorů a mobilních jednotek pro mapování znečištění s vysokým rozlišením.

Závěr

PerkinElmer On-line Ozone Precursor Analyzer založený na TurboMatrix TD a Clarus 580 GC představuje robustní, přesnou a plně automatizovanou platformu pro hodinové sledování C2–C12 VOC bez nutnosti kapalných kryogenů. Metoda splňuje úřadní standardy USA i EU a osvědčila se ve stovkách tisíc provozních hodin v náročných terénních podmínkách.

Reference

1. U.S. EPA Technical Assistance Document for Sampling and Analysis of Ozone Precursors, EPA/600-R-98/161, 1998
2. Kotzias D. et al., Proceedings of the 3rd Int. Conf. on Air Pollution, 1995
3. Broadway G.M., Tipler A., PerkinElmer Application Note, TurboMatrix TD, 2009
4. Piell J.D. et al., JAPCA, 37 (1987) 244–248
5. Deans D.R., Chromatographia, 1 (1968) 18