Új utak keresése a környezetanalitikában
Folyadékinjektálásos gázkromatográfiás mérések a WESSLING-tesztben: EPH, SVOC, peszticidek dr. Berente Bálint WESSLING Közhasznú Nonprofit Kft. (WIREC)
Áttekintés
Biztos alap: A WESSLING jelenleg is minden paramétert megbízhatóan, a szabványoknak megfelelően és a jogszabályokban meghatározott határértékekhez igazodva, akkreditálva képes mérni. Célok a WESSLING-tesztben: 1, Egyszerűsítésekből fakadó gyorsítások: - különböző vegyületcsoportok minta-előkészítésének összevonása: • univerzális (nagyhatékonyságú) extrakciós módszerekkel • minta-tisztítási lépések elhagyásával - különböző vegyületcsoportok mérésének összevonása 2, Gyorsítások, illetve érzékenységnövelés és/vagy mintamennyiség-csökkentés: - nagytérfogatú injektálási módszerek alkalmazása
3, A jelenlegi módszerek meghatározási határainak megtartása
Áttekintés
Az analitikai vizsgálatokba bevont vegyületcsoportok osztályozása
Vegyületcsoportok, komponensek
Analitikai technika
Kihívások
EPH
-
GC-FID
PAH
19
GC-MS
PCB
7
GC-MS
klórbenzolok
13
GC-MS
multikomponenses SVOC-módszer (n=59) kifejlesztése
fenolok + klórfenolok
6 + 14 =20
GC-MS
szelektivitás!
peszticidek*
86
GC-MS
szelektivitás!
* származékképzés nélkül gázkromatográfiásan mérhető növényvédőszerek
Áttekintés
A mátrixok osztályozása
Típus
Előny
Hátrány
Kihívások
talaj
határértékek magasabbak
(általában) összetettebb mátrix
multikomponenses módszerek üzembiztonsága
víz
(általában) egyszerűbb mátrix
határértékek alacsonyabbak vizsgálatok ismételhetősége korlátozott
kevés mintából elérni a megkívánt meghatározási határokat
Talajminták vizsgálata
Nagyhatékonyságú extrakciós módszerek: Soxhlet-extrakció, EPA 3540c-3541
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE), EPA 3545a Mikrohullámmal segített oldószeres extrakció, EPA 3546 Szuperkritikus folyadék extrakció (SFE), EPA 3560-3561-3562
Talajminták vizsgálata
Nagyhatékonyságú extrakciós módszerek: Soxhlet-extrakció, EPA 3540c-3541
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE), EPA 3545a Mikrohullámmal segített oldószeres extrakció, EPA 3546 Szuperkritikus folyadék extrakció (SFE), EPA 3560-3561-3562
A Soxhlet-extrakció lassú
Talajminták vizsgálata
Nagyhatékonyságú extrakciós módszerek: Soxhlet-extrakció, EPA 3540c-3541
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE), EPA 3545a Mikrohullámmal segített oldószeres extrakció, EPA 3546 Szuperkritikus folyadék extrakció (SFE), EPA 3560-3561-3562
A Soxhlet-extrakció lassú Az SFE univerzális jellege kevésbé meggyőző
Talajminták vizsgálata
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE) Büchi SpeedExtractor E-916 - Hatékony, mert: • a pórusokba is bejuttatja az oldószert • magasabb hőmérsékleten extrahál • a statikus extrakció végén átmossa a mintát egyetlen extrakciós lépés is elég lehet
- Fejlett vezérlés: • több extrakciós lépést kombinál, ha szükséges • 4 oldószer tetszőleges keveréke használható • nyomás és hőmérséklet függetlenül szabályozható - 6 minta párhuzamos extrakciója végezhető
Talajminták vizsgálata
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE) Büchi SpeedExtractor E-916 - speciális fogyóanyagokat igényel - extrakciós cellák szerelése, tisztítása körülményes kontamináció lehetősége - minták víztartalma nem köthető meg a cellában gyakran vizes fázis megjelenése az extraktumban - eltérő permeabilitású minták nem extrahálhatók - a mátrixot is erőteljesen oldja, mérési problémák
Talajminták vizsgálata
Növelt nyomású és hőmérsékletű extrakció (PFE) Az érzékenység változik terhelt minták mérése után A
b
u
n
d
a
n
c
e T
8
0
0
0
0
7
0
0
0
0
6
0
0
0
0
5
0
0
0
0
4
0
0
0
0
3
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
0
0
0
i m b u
e n
- - > d a
n
c
8
0
0
0
0
7
0
0
0
0
6
0
0
0
0
5
0
0
0
0
4
0
0
0
0
3
0
0
0
0
2
0
0
0
0
1
0
0
0
e
- - >
\
D
A
T
A
S
IM
.M
S
2
. 0
0
2
3
. 0
0
2
4
. 0
0
2
5
. 0
0
2
6
. 0
0
D
A
. 0
0
2
7
. 0
0
2
8
. 0
0
2
9
. 0
0
IC
:
1 0 0 1 2 1 2 1 .D
\
T
A
S
IM
.M
S
2
8
. 0
0
2
9
. 0
0
( * )
0 0 2
i m
1 0 0 1 2 1 1 8 .D
e T
T
:
0 0 2
T A
IC
2
. 0
0
2
3
. 0
0
2
4
. 0
0
2
5
. 0
0
2
6
2
7
. 0
0
Talajminták vizsgálata
Mikrohullámmal segített oldószeres extrakció CEM MarsXpress, solvent extraction opcióval - hatékony, mert: • itt is emelt a hőmérséklet és a nyomás • a mintát is közvetlenül melegíti • maguk a mikrohullámok is segítik az extrakciót - fejlett vezérlés: • hőmérséklet és a fűtés intenzitása szabályozható • több lépcső definiálható • minden egyes cella hőmérsékletét figyeli - 40 minta párhuzamos extrakciója végezhető
Talajminták vizsgálata
Mikrohullámmal segített oldószeres extrakció CEM MarsXpress, solvent extraction opcióval - az alábbi vegyületcsoportokra szimultán tesztelve: • fenolok+klórfenolok • PAH-ok • PCB-k • klórbenzolok visszanyerések > 75% az extrakciós hatásfok jobb az ultrahanggal segített extrakcióénál - a fenolok in-situ származékolása nem működik - itt is előfordul mátrix-zavarás
Talajminták vizsgálata
GC-MS mérőmódszerek üzembiztonságának növelése áramlásfordítással
Talajminták vizsgálata
GC-MS mérőmódszerek üzembiztonságának növelése áramlásfordítással
Talajminták vizsgálata
GC-MS mérőmódszerek üzembiztonságának növelése áramlásfordítással A b u n d a n c e T IC : 1 0 0 6 0 3 0 2 .D \ d a ta .m
s
2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 .0 0
T im e --> A b u n d a n c e
1 5 .0 0
2 0 .0 0
2 5 .0 0 T IC : 1 0 0 6 0 3 3 8 .D \ d a ta .m
3 0 .0 0 s
3 5 .0 0
4 0 .0 0
3 5 .0 0
4 0 .0 0
3 5 .0 0
4 0 .0 0
3 5 .0 0
4 0 .0 0
(* )
2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 .0 0
T im e --> A b u n d a n c e
1 5 .0 0
2 0 .0 0
2 5 .0 0 T IC : 1 0 0 6 0 5 1 3 .D \ d a ta .m
3 0 .0 0 s
(* )
2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 1 0 .0 0
T im e --> A b u n d a n c e
1 5 .0 0
2 0 .0 0
2 5 .0 0 T IC : 1 0 0 6 0 5 2 7 .D \ d a ta .m
3 0 .0 0 s
(* )
2 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 0 0 0 0 5 0 0 0 0 T im
e -->
1 0 .0 0
1 5 .0 0
2 0 .0 0
2 5 .0 0
3 0 .0 0
Vízminták vizsgálata
Jelenleg alkalmazott módszerek minta-igénye, töményítési faktorai: -
EPH: 1 liter vízminta 1 ml extraktum (1000× töményítés), 3 µl injektálás PAH: 1 liter vízminta 1 ml extraktum (1000× töményítés), 2 µl injektálás PCB: 1 liter vízminta 1 ml extraktum (1000× töményítés), 2 µl injektálás Cl-benzolok: 0,5 liter vízminta 1 ml extraktum (500× töményítés), 2 µl inj. fenolok: 0,5 liter vízminta 1 ml extraktum (500× töményítés), 2 µl injektálás
Összesen 4 liter minta szükséges (archiválás nélkül)!
A WESSLING-tesztben összesen csak kb. 130 ml minta áll rendelkezésre! A fő feladat a rendelkezésre álló mintamennyiség koncentráltabb elemzése: - az SVOC-vegyületek együttes előkészítése – egyúttal egyszerűsítés/gyorsítás is - az előkészített minta nagyobb térfogatának elemzése - erőteljesebb töményítés, ameddig lehetséges
Vízminták vizsgálata
A WESSLING-tesztben alkalmazott módszerek minta-igénye, töményítési faktorai: - EPH: 50 ml vízminta 0,4 ml extraktum (125× töményítés), 25 µl injektálás - SVOC-vegyületek (PAH, PCB, klórbenzolok, fenolok+klórfenolok): 30 ml vízminta 0,4 ml extraktum (75× töményítés), 30 µl injektálás Összesen 80 ml minta szükséges, 50 ml minta archiválható egy mérés – szükség esetén – ismételhető! Szükséges metodikai fejlesztések: - EPH: minta-előkészítésben csak a léptékváltás, mérésben viszont a nagytérfogatú injektálás (nem egyszerű!) - SVOC: minta-előkészítésben a fenolok+klórfenolok-módszer kiterjesztése, mérésben szintén a nagytérfogatú injektálás (nem egyszerű!)
Vízminták vizsgálata
Nagytérfogatú injektálás megvalósítása a WESSLING-tesztben Programozott felfűtésű injektor oldószer-lefúvásos üzemmódban (PTV, solvent vent) vagy nagytérfogatú splitless injektálás (LVI-SL) ?
PTV előnyei: - ma már kiforrott, rutinszerű megoldásnak számít, mivel: - termikusan bomlékony vegyületeket kíméletesen juttat a kromatográfiás rendszerbe - magasabb véghőmérsékletre fűthető - gyorsabban űrül, mint egy hagyományos injektor - nagytérfogatú injektálás lehetősége (solvent vent üzemmód) PTV hátrányai: - általában nem alapfelszereltség, külön beruházást igényel - solvent vent üzemmódban az illékony komponensek elvesznek!
Vízminták vizsgálata
PTV injektor tesztelése részleges oldószer-lefúvatással EPH-mérésre - nem a klasszikus solvent vent, az illékony komponensek megtartása érdekében részleges lefúvatás: gondos optimálást igényel! - mennyiségi meghatározás szempontjából sikeres fejlesztés - retenciós idők stabilitása nem kielégítő, adatfeldolgozás nem lehet rutinszerű
Vízminták vizsgálata
Nagytérfogatú injektálás megvalósítása a WESSLING-tesztben Programozott felfűtésű injektor oldószer-lefúvásos üzemmódban (PTV, solvent vent) vagy nagytérfogatú splitless injektálás (LVI-SL) ?
LVI-SL előnyei: - nem igényel nagy beruházást 3-5m × 0,32-0,53mm fázis nélküli előtétoszlop (retention gap) - az illékony komponensek is mérhetők LVI-SL hátrányai: -
retention gap miatt kevésbé inert kistérfogatú injektálás problémás lehet oldószerérzékeny detektorokat zavarja beszennyezheti a gázrendszert?...
Vízminták vizsgálata
A split/splitless-injektor tesztelése nagytérfogatú injektálásnál (EPH) - Az injektálási paraméterek beállítása gondos optimálást igényel! - A módszer minden szempontból reprodukálható! Injektált mennyiség: 30 µl
Vízminták vizsgálata
EPH-meghatározás a WESSLING-tesztben : - EPH: 50 ml vízminta
0,4 ml extraktum (125× töményítés), 25 µl injektálás
- jó egyezés a klasszikus mérések eredményeivel
Vízminták vizsgálata
SVOC-meghatározás a WESSLING-tesztben: - A minta-előkészítésben a fenolok+klórfenolok-módszer alkalmazása a többiekre: fenolok+klórfenolok ecetsav-anhidrides származékolása a vízmintában származékolt fenolok+klórfenolok diklórmetános extrakciója PAH-ok, PCB-k, klórbenzolok is extrahálódnak! extraktum szárítása, koncentrálása, komponensek szimultán mérése - 30 ml vízminta
0,4 ml extraktum (75× töményítés), 30 µl injektálás
- Számos illékony komponens mérendő: PTV solvent vent itt sem jöhet szóba! - Nagytérfogatú splitless injektálás (LVI-SL) sikeres beállítása GC-MS-re.
Vízminták vizsgálata
SVOC-vegyületek meghatározása LVI-SL (30 µl) GC-MS-módszerrel:
Vízminták vizsgálata
Peszticidek meghatározása LVI-SL (30 µl) GC-MS-módszerrel:
Összefoglalás
Eredményeink - Nagyhatékonyságú extrakciós technikák tesztelése talajminták előkészítéséhez: • Növelt nyomású és hőmérsékletű folyadék extrakció (PFE) • Mikrohullámmal segített folyadék extrakció – ideálisabb a WESSLING-teszthez - GC-MS-mérések üzembiztonságának fokozása áramlásfordítás alkalmazásával - Nagytérfogatú-injektálásos gázkromatográfiás módszerek kifejlesztése: • GC-FID-re, EPH-mérésekhez • GC-MS-re, SVOC- és peszticid-mérésekhez - A kifejlesztett módszerekkel tarthatók a megkövetelt meghatározási határok: • talajminták esetében tipikusan 0,01 mg/kg környékén • vízminták esetében tipikusan 0,01 µg/l környékén
