Determination of BTEX and volatile organic compounds (VOCs) in drinking water by GC-MS/MS coupled to static headspace and solid-phase microextraction sampling

Význam tématu

Volatilní organické sloučeniny (VOCs), zejména aromatické uhlovodíky BTEX (benzen, toluen, ethylbenzen, xyleny), představují významné riziko kontaminace pitné vody. Jejich vysoká těkavost vede k snadnému přenosu mezi fází vody a vzduchu, zatímco nízká rozpustnost ztěžuje detekci při nízkých koncentracích pod regulačními limity. Efektivní a citlivé metody analýzy VOCs v pitné vodě jsou proto klíčové pro ochranu veřejného zdraví a zajištění souladu s předpisy.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat dvě vzorkovací techniky – statický headspace (SHS) a solid-phase microextraction pomocí Arrow technologie (SPME Arrow) – ve spojení s GC-MS/MS pro stanovení BTEX a halogenovaných VOCs v pitné vodě. Analytické výkony obou přístupů byly hodnoceny z hlediska linearity, detekčních limitů, opakovatelnosti, rekoverz a stability v rámci sekvence až 48 hodin.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorkovací techniky:

• Statický headspace (SHS) s inkubací 25 min při 80 °C.
• HS-SPME Arrow s uhlíkovou WR/PDMS fází, extrakce 20 min při 40 °C.

Chromatografie a detekce:

• GC: Thermo Scientific TRACE 1310 s kolónou TraceGOLD TG-624SilMS (20 m × 0,18 mm × 1,0 µm).
• Mass spektrometrie: Thermo Scientific TSQ 9000 triple kvadrupól s ExtractaBrite iontovým zdrojem, provoz v režimu EI, SIM a SRM scan.
• Automa­tizace: TriPlus RSH a TriPlus RSH SMART autosamplery pro SHS a SPME Arrow.
• Použití vodíku jako nosného plynu (0,5 mL/min) a technologii NeverVent pro dlouhodobou stabilitu vaku.

Hlavní výsledky a diskuse

Linearity obou technik dosáhly hodnot R2 > 0,990 s průměrným AvCF %RSD < 9 %. Detekční limity (MDL) pro SHS ležely v rozmezí 0,01–0,13 µg/L, přičemž pro vinylchlorid bylo nutné použití HS-SPME Arrow k dosažení požadavku 0,1 µg/L. MDL HS-SPME Arrow techniky dosáhly 0,02–0,12 µg/L pro většinu halogenovaných VOCs a 0,05–0,12 µg/L pro BTEX. Rekoverze se pohybovaly mezi 60 % a 130 %. Stabilita v rámci 48h sekvence byla potvrzena udržováním retenčních časů a ploch s RSD < 11 %. Nos­ná metoda vykazovala zanedbatelný carryover (< 0,01 %) během testu s prázdnými vzorky mezi každými 10 injekcemi.

Přínosy a praktické využití metody

Tato kombinace GC-MS/MS a SPME Arrow či SHS umožňuje:

• Minimální přípravu vzorku a úplnou automatizaci extrakce.
• Rychlou analýzu (8–9 minut na vzorek) při vysoké propustnosti.
• Splnění přísných regulačních limitů pro VOCs v pitné vodě.
• Široké spektrum cílových sloučenin v jedné analýze.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Další vylepšení absorpčních fází SPME pro rozšíření rozsahu extrahovatelných látek.
• Integrace inteligentních autosamplerů s pokročilým sledováním spotřebního materiálu.
• Implementace umělé inteligence a strojového učení pro automatizovanou identifikaci interferencí.
• Vývoj multiplatformních metod pro současné stanovení těkavých a polosvětelných nečistot.

Závěr

Systém Thermo Scientific TSQ 9000 GC-MS/MS ve spojení se SHS nebo HS-SPME Arrow poskytuje robustní, citlivou a vysoce propustnou metodu pro rutinní stanovení BTEX a halogenovaných VOCs v pitné vodě. HS-SPME Arrow je nezbytná pro dosažení extrémně nízkých detekčních limitů, zatímco SHS nabízí rychlé a jednoduché řešení pro běžná měření.

Reference

• 1. United States Environmental Protection Agency. Technical Overview of Volatile Organic Compounds.
• 2. United States Environmental Protection Agency. Safe Drinking Water Act (SDWA).
• 3. Council of the European Union. Directive 2008/105/EC on environmental quality standards in the field of water policy.
• 4. Extension Foundation. Drinking Water Contaminant—Volatile Organic Compounds (VOCs).
• 5. ISO 11423-1:1997. Water quality—Determination of benzene and some derivatives—Part 1: Head-space GC method.
• 6. ISO 10301:1997. Water quality—Determination of highly volatile halogenated hydrocarbons—GC methods.
• 7. Pawliszyn J. Theory of Solid-Phase Microextraction. J Chromatogr Sci. 2000;38:270–278.
• 8. ASTM D6520-00. Standard Practice for SPME of Water and Its Headspace for VOCs.
• 9. ASTM D6889-03. Standard Practice for Fast Screening for VOCs in Water Using SPME.
• 10. ISO 27108:2010. Water quality—Determination of selected plant treatment agents and biocide products—Method using SPME followed by GC-MS.
• 11. ISO 17943:2016. Water quality—Determination of VOCs in water—Method using HS-SPME followed by GC-MS.
• 12. Thermo Fisher Scientific. TSQ 9610 triple quadrupole GC-MS/MS system brochure.
• 13. Thermo Fisher Scientific. TriPlus RSH SMART robotic sampling system brochure.
• 14. Tuduri L., Desauziers V., Fanlo J.L. Potential of SPME Fibers for VOC Analysis in Air. J Chromatogr Sci. 2001;39:521–529.