Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья об аналитической методике. О его применении к крупномасштабной реабилитации см. Термическая десорбция .

Аналитическая термодесорбция , известная в сообществе аналитической химии просто как «термодесорбция» (ТД), представляет собой метод концентрирования летучих органических соединений (ЛОС) в газовых потоках перед вводом в газовый хроматограф (ГХ). Его можно использовать для снижения пределов обнаружения методов ГХ и может улучшить хроматографические характеристики за счет уменьшения ширины пиков. [1]

История [ править ]

Аналитическая термодесорбция возникла в середине 1970-х годов как адаптация к процедуре ввода для ГХ. Вкладыши инжектора были заполнены составом, способным адсорбировать органические соединения, использовались для отбора проб воздуха или газа, а затем были сброшены на вход ГХ. Этот принцип впервые был широко применен для профессионального мониторинга в виде персональных мониторов типа бейджей, содержащих съемную угольную полоску. [2] Они предлагали то преимущество, что их можно было анализировать без отдельной стадии экстракции растворителем.

В 1970-х годах также был разработан метод, с помощью которого летучие вещества из воздуха собирались путем диффузии в пробирки, заполненные сорбентом, который затем нагревали для высвобождения летучих веществ в систему ГХ. Впервые они были введены для мониторинга диоксида серы [3] и диоксида азота [4], но позже объем аналитов расширился по мере того, как сорбенты стали более совершенными. Другой ранний метод (тесно связанный с современной процедурой продувки и улавливания) заключался в пропускании потока газа через образец воды для высвобождения летучих веществ, которые снова собирались на трубке, заполненной сорбентом. [5]

Такие пробоотборники осевого типа, которые позже стали называть «сорбирующими трубками», были разработаны в качестве отраслевого стандарта в конце 1970-х годов Рабочей группой 5 (WG5) Комитета по аналитическим требованиям Великобритании по здравоохранению и безопасности (HSE CAR). Трубки они были изложенные 3 1 / 2 дюймовдлину с наружным диаметром 1 / 4 дюйма, и впервые были использованы в Perkin Elmer в ATD-50 инструмента. [6]

В то же время, WG5 определила различные базовые функциональные требования для термодесорбции, и с тех пор был внесен ряд улучшений в приборы для термодесорбции, включая двухступенчатую работу (см. Ниже), разделение и повторный сбор. образцов, улучшенная технология охлаждения ловушки, стандартные системные проверки и автоматизация.

Принципы [ править ]

Термическая десорбция в основном включает сбор летучих органических соединений на сорбенте , а затем нагревание этого сорбента в потоке газа для высвобождения соединений и их концентрации в меньшем объеме.

В ранних термодесорберах использовалась только одноступенчатая работа , при которой летучие вещества, собранные на трубке сорбента, высвобождались при нагревании трубки в потоке газа, откуда они поступали непосредственно в ГХ.

Современные термодесорберы также могут работать в двухступенчатом режиме , когда поток газа из трубки сорбента (обычно 100–200 мл) собирается на более узкой трубке, являющейся неотъемлемой частью термодесорбера, называемой фокусирующей ловушкой или холодной ловушкой. Нагревание этой ловушки снова высвобождает аналиты, но на этот раз в еще меньшем объеме газа (обычно 100–200 мкл), что приводит к улучшенной чувствительности и лучшей форме пика ГХ. [1]

Современные термодесорберы могут работать как в одноступенчатом, так и в двухступенчатом режиме, хотя в настоящее время одноступенчатый режим обычно выполняется с использованием фокусирующей ловушки для сбора аналитов, а не трубки с сорбентом.

Обычно фокусирующая ловушка поддерживается при комнатной температуре или ниже, хотя температура не ниже 0 ° C достаточна для всех аналитов, кроме наиболее летучих. Более высокие температуры ловушки также уменьшают количество воды, конденсирующейся внутри ловушки (при подаче в колонку ГХ вода может снизить качество хроматографии).

Конфигурации выборки [ править ]

В зависимости от области применения для термодесорбции используются самые разные конфигурации отбора проб. Самые популярные перечислены ниже.

Одноступенчатая термодесорбция [ править ]

Это включает отбор проб прямо на фокусирующую ловушку термодесорбера. Обычно он используется в ситуациях, когда аналиты слишком летучие, чтобы их можно было удерживать в трубках с сорбентом.

  • Мешки - обычно известные как «мешки из тедлара», они сделаны из поливинилфторидной пленки.
  • Канистры - они доступны в различных размерах до 1 л и особенно популярны в США и Японии для мониторинга воздуха на наличие соединений легче, чем н-додекан (nC 12 H 26 ). Из канистры откачивают воздух, и через регулятор потока дают возможность снова наполниться целевой атмосферой.
  • Свободное пространство - материал помещается в пробирку или другой контейнер для проб, и свободное пространство вводится непосредственно в фокусирующую ловушку. Множественные отборы проб на одну и ту же ловушку позволяют повысить чувствительность, но вместо этого все чаще используется двухступенчатая термодесорбция.
  • Он-лайн - целевая атмосфера просто накачивается прямо на фокусирующую ловушку.
  • Продувка и ловушка - поток газа барботируется через водный образец (напиток или водный экстракт), а затем поток газа вводится непосредственно в фокусирующую ловушку.
  • Твердофазная микроэкстракция - основана на адсорбции аналитов на волокне или картридже с полимерным покрытием. [7] Небольшой размер пробы, взятой на волокна, означает, что аналиты обычно десорбируются непосредственно в ГХ, тогда как более крупные картриджи обычно помещаются в пробирку TD и подвергаются одноступенчатой ​​термодесорбции.

Двухступенчатая термодесорбция [ править ]

Это включает в себя отбор проб сначала в трубку сорбента. Чаще всего используются трубки, построенные по схеме, изложенной WG5 (см. Выше). После отбора проб (для которого доступны различные аксессуары) трубка десорбируется для переноса аналитов в фокусирующую ловушку до того, как вторая стадия десорбции перенесет их в ГХ. Большая чувствительность этого метода сделала его все более популярным для отбора проб из потоков разреженного газа или в исследовательских работах, где целевая атмосфера неизвестна.

  • Диффузионный (или пассивный) отбор проб [8] - Трубка заполнена одним слоем сорбента и позволяет адсорбировать аналиты из воздуха диффузно. Он подходит для отбора проб известных соединений в течение периода от часов (для концентраций аналита 2–10 мкг / м 3 ) до недель (для концентраций аналита 0,3–300 мкг / м 3 ).
  • Прокачиваемый (или активный) отбор проб - трубка заполнена до трех слоев сорбента, и через нее проходит поток газа пробы. Он подходит для отбора проб высоких и низких концентраций известных и неизвестных соединений в течение времени от минут до часов.
  • Прямая десорбция - используется для отбора проб выбросов от небольших кусков твердых или полутвердых материалов. Материал помещается в трубку и нагревается для выпуска паров непосредственно в фокусирующую ловушку.
  • Свободное пространство - материал помещается в (микро) камеру или другой контейнер для отбора проб, и через него проходит поток газа для динамического переноса свободного пространства на трубку сорбента.

Сорбенты [ править ]

Трубка с сорбентом и фокусирующая ловушка могут быть заполнены одним или несколькими сорбентами . Тип и количество сорбентов зависит от ряда факторов, включая параметры отбора проб, диапазон летучести аналита, концентрацию аналита и влажность образца. [9] [10]

Одним из наиболее универсальных и популярных сорбентов для термодесорбции является поли (2,6-дифенил- п- фениленоксид) , известный под торговой маркой Tenax. [11]

Диапазон аналитов [ править ]

В зависимости от метода отбора проб и аналитических условий, термодесорбция может использоваться для надежного отбора проб аналитов в диапазоне летучести от этана до примерно тетраконтана (nC 40 H 82 ). К несовместимым соединениям относятся:

Приложения [ править ]

Первоначально применение термодесорбции ограничивалось мониторингом профессионального здоровья, но с тех пор расширилось и теперь охватывает гораздо более широкий диапазон. Некоторые из наиболее важных упомянуты ниже - там, где они доступны, приведены примеры ранних отчетов и более свежие цитаты (в том числе широко используемые стандартные методы):

  • Мониторинг окружающей среды на открытом воздухе [12] [13] [14]
  • Мониторинг рабочего места / профессионального здоровья [2] [15] [16] [17] [18]
  • Остаточные летучие вещества, выделяемые из продуктов и материалов [19] [20]
  • Исследования биологических систем, в том числе взаимодействия растений и травоядных [21]
  • Анализ дыхания для диагностики заболеваний [22]
  • Профиль аромата еды и напитков [23] [24]
  • Оборона / национальная безопасность (обнаружение химических агентов) [25]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Э. Вулфенден, Термическая десорбция для газовой хроматографии, в: Газовая хроматография, под ред. CF Poole, Elsevier, 2012, глава 10, стр. 235–289; Аналитическая термодесорбция: история, технические аспекты и диапазон применения, Техническая поддержка по термодесорбции 12, Markes International, апрель 2012 г., http://www.markes.com/Downloads/Application-notes.aspx .
  2. ^ a b Lautenberger, WJ; Кринг, EV; Морелло, Дж. А. (1980). «Новый персональный бейдж-монитор для органических паров». Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены . 1980 (41): 737–747. DOI : 10.1080 / 15298668091425581 . PMID  7435378 .
  3. ^ Palmes, ED; Ганнисон, AF (1973). «Персональный прибор для контроля газообразных примесей». Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены . 34 (2): 78–81. DOI : 10.1080 / 0002889738506810 . PMID 4197577 . 
  4. ^ Palmes, ED; Ганнисон, AF; DiMattio, J .; Томчик, К. (1976). «Персональный пробоотборник диоксида азота». Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены . 37 (10): 570–577. DOI : 10.1080 / 0002889768507522 . PMID 983946 . 
  5. ^ Badings, HT; Купер, RPM (1985). «Автоматическая система для быстрого анализа летучих соединений методом продувки с холодным улавливанием / капиллярной газовой хроматографии». Журнал хроматографии высокого разрешения и хроматографических сообщений . 8 (11): 755–763. DOI : 10.1002 / jhrc.1240081111 .
  6. ^ J. Kristensson, Использование системы ATD-50 с капиллярами из плавленого кварца в динамическом анализе свободного пространства, в: Анализ летучих веществ, под ред. П. Шрайер, Де Грюйтер, 1984, стр. 109–120.
  7. ^ Vas, G .; Веке, К. (2004). «Твердофазная микроэкстракция: мощный инструмент подготовки проб перед масс-спектрометрическим анализом». Журнал масс-спектрометрии . 2004 (39): 233–254. DOI : 10.1002 / jms.606 . PMID 15039931 . 
  8. ^ А.-Л. Сунессон, Пассивный отбор проб в сочетании с термодесорбцией и газовой хроматографией как инструмент для оценки химического воздействия, в: Всесторонняя аналитическая химия, Том 48: Методы пассивного отбора проб в мониторинге окружающей среды, изд. Р. Гринвуд, Г. Миллс, Б. Врана, Elsevier, 2007.
  9. ^ Woolfenden, E. (2010). «Методы отбора проб летучих и полулетучих органических соединений в воздухе на основе сорбентов. Часть 1: Варианты мониторинга воздуха на основе сорбентов». Журнал хроматографии A . 1217 (16): 2674–2684. DOI : 10.1016 / j.chroma.2009.12.042 . PMID 20106481 . 
  10. ^ Woolfenden, E. (2010). «Методы отбора проб летучих и полулетучих органических соединений в воздухе на основе сорбентов. Часть 2. Выбор сорбента и другие аспекты оптимизации методов мониторинга воздуха». Журнал хроматографии A . 1217 (16): 2685–2694. DOI : 10.1016 / j.chroma.2010.01.015 . PMID 20106482 . 
  11. ^ Златкис, А .; Лихтенштейн, А .; Тишби, А. (1973). «Концентрация и анализ следов летучих органических веществ в газах и биологических жидкостях с новым твердым адсорбентом». Хроматография . 6 (2): 67–70. DOI : 10.1007 / BF02270540 . S2CID 95423469 . 
  12. ^ Bruner, F .; Ciccioli, P .; Нардо, Ф. Ди (1974). «Использование графитированной сажи в экологическом анализе». Журнал хроматографии . 99 : 661–672. DOI : 10.1016 / s0021-9673 (00) 90893-8 . PMID 4422759 . 
  13. ^ Панков, JF; Изабель, Л. М.; Hewetson, JP; Черри, Дж. А. (1984). «Метод шприца и картриджа для отбора проб из скважины на следы органических веществ в грунтовых водах». Грунтовые воды . 22 (3): 330–339. DOI : 10.1111 / j.1745-6584.1984.tb01405.x .
  14. ^ Метод компендиума Агентства по охране окружающей среды США TO-17: Определение летучих органических соединений в окружающем воздухе с использованием активного отбора проб на трубках сорбента, Агентство по охране окружающей среды США, январь 1999 г., PDF
  15. ^ WR Betz, SG Maroldo, GD Wachob и MC Firth, Характеристика углеродных молекулярных сит и активированного угля для использования при отборе проб переносимых по воздуху загрязнителей, Журнал Американской ассоциации промышленной гигиены , 1989, 50: 181–187.
  16. ^ Houldsworth, HB; О'Салливан, Дж .; Масгрейв, Н. (1982). «Пассивные мониторы для определения индивидуальных уровней воздействия закиси азота». Анестезия . 37 (4): 467–468. DOI : 10.1111 / j.1365-2044.1982.tb01175.x . PMID 7081695 . S2CID 37132681 .  
  17. ^ MDHS 80, Лабораторный метод с использованием диффузионных трубок с твердым сорбентом, термодесорбция и газовая хроматография, UK Health & Safety Executive, август 1995, PDF
  18. ^ Гроте, AA; Кеннеди, ER "Мониторинг ЛОС на рабочем месте с использованием термодесорбции-ГХ-МС". Журнал экологического мониторинга . 2002 (4): 679–684.
  19. ^ Е. Вулфенден, Стандартизированные методы тестирования выбросов органических паров из строительных материалов в воздух помещений, в: Органические загрязнители воздуха в помещении (2-е изд.), Изд. T. Salthammer и E. Uhde, Wiley-VCH, 2009, глава 6, http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-3527312676.html .
  20. ^ Метод VDA 278: Термодесорбционный анализ органических выбросов для определения характеристик неметаллических материалов для автомобилей, октябрь 2011 г., http://www.vda.de/en/publikationen/publikationen_downloads/detail.php?id=1027 .
  21. ^ Кесслер, А .; Болдуин, ИТ (2001). «Защитная функция летучих выбросов растений, вызываемых травоядными животными, в природе». Наука . 291 (5511): 2141–2144. DOI : 10.1126 / science.291.5511.2141 . PMID 11251117 . 
  22. Перейти ↑ Manolis, A. (1983). «Диагностический потенциал анализа дыхания». Клиническая химия . 29 : 5–15. DOI : 10.1093 / clinchem / 29.1.5 . PMID 6336681 . 
  23. ^ Э. Вулфенден, Составление профилей ароматов и ароматов ATD / GC, Сборник лабораторного оборудования, апрель 1989 г., стр. 23-25.
  24. ^ Келли, L .; Вулфенден, Э.А. «Улучшенное профилирование аромата ГХ-МС с использованием технологий термодесорбции». Разделение науки . 2008 (1): 16–23.
  25. ^ Химический мониторинг на рабочем месте: соображения мониторинга, в: Охрана труда и мониторинг рабочего места на объектах по удалению химических агентов, Совет по армейской науке и технологиям (Национальный исследовательский совет), 2001, глава 2.