Cryogen-free analysis of VOCs in car exhaust

Význam tématu

Volatilní organické sloučeniny (VOCs) v automobilových výfukových plynech představují významný zdroj znečištění ovzduší a přispívají k tvorbě smogu a ozónu ve spodních vrstvách atmosféry. Jejich přesná analýza je nezbytná pro monitorování kvality ovzduší, splnění regulačních požadavků a ochranu lidského zdraví.

Cíle a přehled studie

Cílem předložené studie bylo ověřit vhodnost bezkryogení, jednodušší metody pro stanovení VOCs ve výfukových plynech vozidel. Metoda kombinuje tepelnou desorpci (TD) s dvojkolonovou plynovou chromatografií a detekcí plamenovou ionizací (GC–FID) pro rutinní monitoring podle schématu PAMS (Photochemical Assessment Monitoring Stations).

Použitá metodika a instrumentace

• Online odběr vzorků pomocí CIA Advantage-xr automatu se čtyřmi kanály a elektronickou hmotnostní regulací průtoku
• Odstranění vlhkosti pomocí modulu Kori-xr při teplotách –30 °C/300 °C
• Fokusace a desorpce sloučenin na UNITY-xr pasti s rychlým ohřevem (100 °C/s)
• Separace ve dvou kapilárních kolónách: TraceGOLD TG-1MS (60 m × 0,25 mm × 1 µm) a HP-PLOT AL/S (50 m × 0,32 mm × 8 µm) s Deans Switch pro směrování frakcí
• Detekce dvojicí plamenových ionizačních detektorů (FID) a řízení chromatografu TRACE 1310
• Automatizace a zpracování dat v Chromeleon CDS včetně simulace tlaků a průtoků v Deans Switch modulu

Hlavní výsledky a diskuse

• Výborná chromatografická separace 56 uhlovodíků v rozsahu C2–C11, asymetrie vrcholů 0,99–1,5 a rozlišení >1,4
• Linearity: R2>0,999, průměrná odchylka faktorů kalibrace (AvCF) <3 % pro benzén, propan a undecan
• Minimální přenos skvrn (carryover ≤0,26 %) díky technologii bezkryogení pasti
• Opakovatelnost analýzy: RSD vrcholových ploch <10 % pro vozíkový testovací vzorek
• Časová efektivita: cyklus vzorek–vzorek cca 56 minut bez použití kapalného dusíku

Přínosy a praktické využití metody

• Odstranění tekutého kryogenu snižuje náklady, rizika a logistickou náročnost provozu v terénu
• Rychlé přepínání modulů FID a injektoru (Instant Connect) zkracuje odstávky při servisu
• Automatizovaný sběr a zpracování dat zjednodušuje splnění požadavků EPA PAMS i dalších regulačních rámců
• Metoda umožňuje spolehlivé sledování VOC ve výfukových plynech a zajišťuje přesné a reprodukovatelné výsledky

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s online monitorovacími sítěmi pro kontinuální měření kvality ovzduší
• Rozšíření na další třídy polutantů (např. polyaromatické uhlovodíky) pomocí kombinace GC–FID a GC–MS
• Využití pokročilých datových analýz a strojového učení pro predikci emisních profilů
• Další miniaturizace a optimalizace vzorkovacích modulů pro nasazení v mobilních a autonomních platformách

Závěr

Bezkryogení metoda tepelnědesorpční GC–FID s dvojkolonovou konfigurací a Deans Switch umožňuje rychlou, citlivou a reprodukovatelnou analýzu VOCs v automobilových výfukových plynech. Kombinace efektivního odstraňování vlhkosti, robustního fokusovacího modulu a přesné automatizace vede k metodě ideální pro rutinní monitorování i náročné vědecké studie.

Reference

1. United States Environmental Protection Agency. What is a VOC. Accessed September 27, 2019.
2. United States Environmental Protection Agency. Indoor air quality: VOCs. Accessed September 27, 2019.
3. Vivaldo G., Masi E., Taiti C., Caldarelli G., Mancuso S. The network of plants volatile organic compounds. Nature, 2017, 11050.
4. American Lung Association. Indoor organic pollutants. Accessed September 27, 2019.
5. Hong Kong Environmental Protection Department. VOCs and smog. Accessed September 27, 2019.
6. Ismail O. M. S., Hameed R. S. A. Environmental effects of volatile organic compounds on ozone layer. Advances in Applied Science Research, 2013, 4(1), 264–268.
7. United States Environmental Protection Agency. PAMS monitoring methodology. Accessed September 27, 2019.