GC/MSD, Termální desorpce, GC/SQ
ZaměřeníŽivotní prostředí, Potraviny a zemědělství
VýrobceAgilent Technologies, GERSTEL
Význam tématu
Volatile Organic Compounds (VOCs) emitované rostlinami hrají klíčovou roli v atmosférické chemii a tvorbě troposférického ozonu. Biogenní zdroje VOCs mohou mít globálně až desetkrát vyšší emise než antropogenní zdroje, přičemž regionální podíl na fotochemickém smogu zůstává špatně prozkoumán. Rychlé a automatizované stanovení těchto stopových látek je proto nezbytné pro pochopení biochemických procesů i pro hodnocení vlivu na kvalitu ovzduší.
Cíle a přehled studie
Článek popisuje vývoj a ověření zařízení GERSTEL Online TDS G pro kontinuální on-line analýzu biogenních emisí. Hlavním cílem je demonstrovat schopnost rychlé paralelní odběru vzorku a chromatografické analýzy VOCs za atmosférických koncentrací v rozsahu pptV až ppbV. Jde o rozšíření termické desorpce do reálného čase namísto klasického off-line odběru.
Použitá metodika a instrumentace
Zařízení
- GERSTEL Online TDS G: modifikovaný systém TDS 2 s šesti-cestným ventilem, hmotnostním průtokoměrem a CIS (Cooled Injection System) jako kryotrapou a vstupem do GC.
- GC-MS: Hewlett-Packard HP 5890 Series II GC spojený s kvadrupólovým detektorem HP 5972 A MSD.
Adsorpční fáze
- Tenax TA a Carbotrap pro zachytávání C5–C15 uhlovodíků.
- CIS chlazený na –100 °C a vstupní liner plněný adsorbenty (Tenax TA/Carbopack B).
Chromatografie
- Kapilární kolona BPX-5 (50 m × 0,2 mm × 1 µm, 5 % fenyl / 95 % methylpolysiloxan).
- Celkový čas analýzy ~1 h (9 min desorpce, 47 min GC běh, během GC se odběr dalšího vzorku).
Kalibrace a odběr vzorků
- Permeační zdroje pro přípravu standardních koncentrací metricky vážené.
- Deuterované dekany (D22) jako interní standard.
- Systém ventilů a průtokoměrů zajišťuje přepínání mezi kalibračním plynem, čistým vzduchem a výfukem z expoziční komory.
Hlavní výsledky a diskuse
Detekční limity se pohybují mezi 1–5 pptV podle kvantifikačního fragmentu s reprodukovatelností lepší než 8 % bez průniku pro odběry až 5 L vzduchu. Srovnání s kapalnou injekcí ukázalo shodné trendy odpovědí při normalizaci na molární hmotnost a α-pinen (odchylky ~10 %). Metoda však zvládá stanovení nízkomolekulárního isoprenu a hexanu, které u off-line SPE technik chybí kvůli ztrátám při elučním zpoždění. U vyšších seskviterpenů se někdy pozoroval nižší signál, což lze eliminovat přídavnou topnou jednotkou na rozhraní ventilu/CIS.
Na expozičním systému s kontrolou osvětlení, teploty, průtoku a složení živného roztoku bylo demonstrováno měření emisí různých VOCs za stresových podmínek (ozón, poškození pletiva). Emisní rychlosti se určovaly jako mol·cm²·s⁻¹ a vykazovaly časově posunuté vrcholy valencenu a methylsalicylátu po ozónové fumigaci.
Přínosy a praktické využití metody
Automatizovaná online analýza šetří čas, eliminuje manipulaci se vzorkem a dovoluje vysokofrekvenční měření dynamiky emisí v laboratoři i v terénu. Díky modulární konstrukci lze systém snadno rekonfigurovat pro kapalné injekce, headspace vzorky i přímé odběry výfukových plynů z dopravy.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se další rozvoj rozhraní s vyšší teplotní kontrolou, integrace s mobilními laboratořemi pro městské a lesní stanice, rozšíření architektury pro multi-dimenzionální chromatografii a použití pokročilých detektorů (HR-MS) pro identifikaci neznámých biogenních sloučenin.
Závěr
GERSTEL Online TDS G představuje efektivní a flexibilní řešení pro kontinuální měření biogenních VOCs s detekčními limity v oblasti pptV. Metoda dosahuje vysoké citlivosti a reprodukovatelnosti a umožňuje detailní studium emisí za proměnných fyziologických a environmentálních podmínek.
Reference
- Fehsenfeld F. et al. Emissions of Volatile Organic Compounds from Vegetation and the Implications for Atmospheric Chemistry. Global Biogeochemical Cycles, 1992.
- Guenther A.B. et al. Isoprene and Monoterpene Emission Rate Variability: Model Evaluation and Sensitivity Analysis. Journal of Geophysical Research, 1993.
- Müller J.-F. Geographical Distribution and Seasonal Variation of Surface Emissions and Deposition Velocities of Atmospheric Trace Gases. Journal of Geophysical Research, 1992.
- Shulaev V. et al. Airborne Signalling by Methyl Salicylate in Plant Pathogen Resistance. Nature, 1997.
- Takabayashi J., Dicke M., Posthumus M.A. Volatile Herbivore-Induced Terpenoids in Plant-Mite Interactions. Journal of Chemical Ecology, 1994.
- Paré P.W., Tumlinson J.H. Induced Synthesis of Plant Volatiles. Nature, 1997.
- Janssen H.-G. et al. Eine neue Methode für die sorptive Anreicherung von gasförmigen Proben. Gerstel Aktuell, 1997.
- Butler L.D., Burke M.F. Chromatographic Characterization of Porous Polymers for Use as Adsorbents in Sampling Columns. Journal of Chromatographic Science, 1976.
- Rothweiler H. et al. Comparison of Tenax TA and Carbotrap for Sampling and Analysis of Volatile Organic Compounds in Air. Atmospheric Environment, 1991.
- Rockel P. Growth and Nitrate Consumption of Sunflowers in the Rhizostat. Journal of Plant Nutrition, 1997.
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.