Analysis of US EPA TO-15 for Ambient Air Monitoring Using Cryogen- Free Thermal Desorption and Gas Chromatography Coupled to a Single Quadrupole Mass Spectrometer (GC/MSD)

Význam tématu

Kontinuální sledování toxických těkavých organických sloučenin (VOC) v okolním vzduchu je zásadní pro hodnocení rizik pro zdraví i životní prostředí. Metoda US EPA TO-15 využívající odebírání vzorků do nerezových kanistrů a následnou termodesorpci spolu s GC/MS umožňuje citlivou a spolehlivou detekci širokého spektra organických kontaminantů včetně sloučenin s vysokou vlhkostí.

Cíle a přehled studie

Tato aplikační poznámka se zaměřuje na ověření výkonu systému bez kryogenů pro analýzu 65 cílových VOC v kanistrech s různou relativní vlhkostí (50 %, 75 %, 100 % RH). Hlavním cílem bylo demonstrovat splnění parametrů metody TO-15, zejména nízké detekční limity, lineární odezvu a reprodukovatelnost, bez nutnosti použití teklého dusíku či kapalného CO₂.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky o objemech 10–400 mL kanistrů s nastavenou vlhkostí odběr automatizoval CIA Advantage-xr autosampler (Markes). Následné odstranění vody zabezpečil modul Kori-xr (–30 °C/+300 °C). Předkoncentraci prováděla termodesorpční jednotka UNITY-xr s elektrickým chlazením pasti. Analytické rozlišení zajistila plynová chromatografie Agilent 7890B/8890 s kolonkou DB-624 (60 m × 0,32 mm × 1,8 μm) v konstantním proudu helia (1,5 mL/min) a MSD Agilent 5977B ve SCAN režimu (m/z 30–300, EI 70 eV).

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekční limity (MDL) dosáhly v průměru 14 pptv, pro 54 ze 65 sloučenin pod 20 pptv, nejnižších 4 pptv pro některé halogenované uhlovodíky.
• Linearita kalibrace (0,22–25 ppbv) vykazovala koeficient determinace R² ≥ 0,9987 pro všechna vlhkostní prostředí.
• Reprodukovatelnost relativních odpovědí (RRF) splňovala požadavky TO-15 (RSD < 30 %, max. dvě výjimky do 40 %).
• Vysoká odezva u těžších sloučenin a absence ztráty lehkých VOC i při zvýšené vlhkosti prokazují účinnost modulu Kori-xr a elektrického chlazení pasti.
• Analýza skutečného vzorku venkovského vzduchu (250 mL) identifikovala a kvantifikovala několik komponent z TO-15 seznamu s koncentracemi v ppbv.

Přínosy a praktické využití metody

• Eliminace kapalinového kryogenu šetří náklady a zjednodušuje obsluhu.
• Vysoká citlivost a stabilita v podmínkách vysoké vlhkosti rozšiřují možnosti monitoringu v různých klimatických pásmech.
• Automatizovaný odběr a příprava vzorku minimalizuje chybovost a zvyšuje provozní efektivitu laboratoře.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další integrace on-line odběru a přímé analýzy GC/MS pro kontinuální monitoring.
• Rozvoj miniaturizovaných modulů pro terénní aplikace a mobilní laboratoře.
• Aplikace pokročilých nástrojných metod (HRMS, GC×GC) s podobnými prokoncentračními a odvlhčovacími technologiemi.
• Využití umělé inteligence a strojového učení pro rychlou identifikaci a kvantifikaci toxických VOC.

Závěr

Popsaný bezkryogenový systém s kombinací CIA Advantage-xr, Kori-xr, UNITY-xr a GC/MS Agilent plně splnil požadavky metody US EPA TO-15. Nabízí nízké detekční limity, výbornou linearitu i reprodukovatelnost ve všech testovaných vlhkostních podmínkách, čímž potvrzuje svou vhodnost pro rutinní i speciální monitoring vzduchu.

Reference

1. US EPA. Compendium Method TO-15: Determination of Volatile Organic Compounds in Air Collected in Specially-Prepared Canisters and Analyzed by Gas Chromatography/Mass Spectrometry. Second Edition, EPA, 1999.
2. MDL byly vypočteny podle 99% intervalů spolehlivosti pro sedm replikátů: MDL = 3,143 × směrodatná odchylka × koncentrace.