Gasoline Range Organic Detection Using Headspace Sampling Techniques

Význam tématu

V oblasti environmentální analytiky je spolehlivé stanovení uhlovodíkových kontaminantů v půdách a vodách klíčové pro posouzení rizik a navržení efektivních očistných opatření. Metody headspace sampling umožňují citlivou detekci Benzínu (GRO) v širokém rozsahu koncentrací bez nutnosti náročné předúpravy. Současně příprava a charakterizace kopolymerů a aditiv v průmyslových formulacích vyžaduje pokročilé nástroje, které kombinují chromatografické separace s organickou spektroskopií (GPC-IR) pro identifikaci složek a sledování vlastností polymerní sítě.

Cíle a přehled studie / článku

První část se zaměřila na porovnání tří technik headspace injekce (loop, timed, dynamic trapping) při analýze GRO ve vodném vzorku podle USEPA Method 5021 s cílem stanovit linearitu, limity detekce (MDL), přesnost a opakovatelnost. Druhá část představuje aplikaci GPC-IR hyphenované technologie pro separaci a identifikaci tří polymerních složek a skrytého křížově propojujícího aditiva v kompozici stříbrného inkoustu.

Použitá metodika a instrumentace

• Headspace sampling: přístroj Markelov HS9000 se třemi režimy injekce (1 ml loop, timed injection, dynamic trapping s trapem Vocarb 3000-K), horizontální rotační míchání, elektronická regulace tlaku a průtoku.
• Chromatografie: Agilent 7890GC s kapilární kolónou Rxi-624Sil MS (30 m × 0,25 mm × 1,4 µm), detekce pomocí 5975MS, parametry dle tabulek (split 40:1, program teplot, helium jako nosné plyn).
• GPC-IR: přístroj DiscovIR-GPC, kombinace kapalinové chromatografie separující polymery podle molární hmotnosti s plnospektrálním FT-IR detektorem zachycujícím organické funkční skupiny.

Hlavní výsledky a diskuse

• Dynamic headspace zvládl lineární rozsah 2 ppb – 200 ppb (analyty GRO) a 20 ppb – 2 ppm (souhrn C6 – C10), MDL okolo 0,3 – 0,8 ppb, RSD ve stovkách ppb pod 5 %.
• Loop a timed injection poskytly rozsahy 100 ppb – 2 ppm (individuální GRO) a 1 – 20 ppm (souhrn C6 – C10), MDL kolem 4 ppb, dna precizita a recovery > 90 %.
• Horizontální rotační míchání zajistilo plné vyrovnání parní fáze i u vzorků s vyšší viskozitou.
• GPC-IR separovala tři polymery A (alifatický polyester), B (alifatický polyuretan) a C (latentní křížový spojovač Desmodur LS-2800) podle molární hmotnosti. FT-IR spektra odhalila přítomnost HDI-trimerního aditiva (K-etoxim blokovaný HDI), které se odblokuje teplem a vytvoří flexibilní 3D síť (IPN) s polymerem B.

Přínosy a praktické využití metody

• Headspace sampling s HS9000 umožňuje environmentálním laboratořím rychlé a citlivé sledování úrovně kontaminace benzínu v různých maticích, minimalizuje riziko přenosu kontaminantů a zkracuje dobu analýzy.
• Hybridní GPC-IR poskytuje formulátorům detailní molekulární a funkční profil kopolymerů a aditiv, usnadňuje optimalizaci polymerních směsí, ověřuje kvalitu a chrání duševní vlastnictví.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další automatizace headspace systémů s online kalibrací, rozšíření dynamického režimu pro sledování izotopických variant kontaminantů.
• Integrace GPC-IR s hmotnostní spektrometrií (LC-GPC-MS/FTIR) a chemometrickými nástroji pro komplexní polymerní charakterizaci.
• Vývoj miniaturizovaných polymerních senzorů založených na IPN pro záznam deformací a teplotních cyklů v náročných podmínkách.

Závěr

Obě představené metody prokázaly robustnost, vysokou citlivost a přesnost v širokém rozsahu aplikací. Headspace sampling se třemi způsoby injekce na HS9000 exceluje v měření GRO od ppb po ppm hladiny. GPC-IR přináší formulátorům schopnost identifikovat složky a aditiva v polymerních směsích a sledovat jejich vzájemnou interakci v IPN strukturách. Kombinace chromatografie a spektroskopie otevírá nové možnosti ve výzkumu a průmyslové analytice.

Reference

• USEPA Method 5021, Volatile Organic Compounds in Soils and Other Solid Matrices using Equilibrium Headspace Analysis, Revision 0, December 1996.
• Spectra Analysis Instruments, Application Note #38: Gasoline Range Organic Detection Using Headspace Sampling Techniques.
• Polymer Characterization by Combined Chromatography-Infrared Spectroscopy, LC-GC, Spectra Analysis Instruments, Applications tab.