Simultaneous Total and Speciation Analysis of Volatile Arsenic Compounds in Gas and Liquefied Gas Samples using GC-ICP-MS

Význam tématu

Arsen je častou a toxickou nečistotou v přírodním plynu, bioplynu a zkapalněných plynech. Jeho různé chemické formy ovlivňují vlastnosti polymerů, mohou působit jako katalytické jedy a liší se svou toxicitou. Spolehlivá kvantifikace celkového As i jeho jednotlivých sloučenin je proto klíčová pro petrochemii, výrobu plastů a environmentální monitoring.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo navrhnout metodu GC-ICP-MS schopnou současně:

• stanovit celkovou koncentraci As v plynech a zkapalněných plynech bez předkoncentrace,
• provest speciační analýzu nejtoxičtějšího arsinu (AsH3),
• posoudit potenciál rozšíření na další ICP-detekovatelné prvky (např. Hg).

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinuje dva vzorkovací ventily (GSV) s GC kolónou a bypass drahou do ICP-MS. Systém dovoluje současné:

• speciační oddělení ve GC kolóně (J&W GS-GasPro, 60 m × 0,32 mm),
• rychlé Flow Injection Analysis (FIA) celkového As z inertní transferní linky,
• online ředění ve vzorkovacím dilutoru GasMix Aiolos II a vaporizaci vzorků (120 °C).

Hlavní komponenty:

• Agilent 7890B GC
• Agilent 7900 ICP-MS s GC-ICP-MS rozhraním (G3158D)
• GasMix Aiolos II
• Alytech vaporizér

Hlavní výsledky a diskuse

• Detekční limity: 2 ppt pro celkový As, 12 ppt pro AsH3 (nejnižší udané pro přímou analýzu plynů).
• Linearity r2 > 0,998 pro obě analýzy v rozsahu 0,2–68 ppb.
• Chromatogramy zobrazily první pík (total As) po 0,2 min a druhý pík (AsH3) po 3,8 min.
• Recovery AsH3 z celkového As: 89 ± 11 %, potvrzující exkluzivní výskyt arsinu.
• Syntetické vzorky butanu (~95 ppb AsH3) a reálný propylén ukázaly shodu s referenčními výsledky.
• Metoda umožnila sledování partition As mezi plynnou a kapalnou fází.
• Současná detekce Hg demonstrovala multi-elementární schopnost, avšak s širšími píky způsobenými adsorpcí.

Přínosy a praktické využití metody

Doba analýzy 5 min na injekci, eliminace předchozích přípravných kroků, vysoká citlivost a reprodukovatelnost dělají metodu vhodnou pro průmyslové QA/QC, monitorování kontaminantů a podporu rozhodnutí o přijetí nebo vyřazení plynů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektra analyzovatelných prvků a sloučenin.
• Optimalizace podmínek pro snížení adsorpce kovů (např. Hg).
• Integrace on-line monitoringu a automatizované kontroly kvality plynů ve výrobě.
• Vývoj kompaktních verzí pro terénní analýzy.

Závěr

Navržená GC-ICP-MS metoda úspěšně kombinuje total a speciation analýzu As v plynech a zkapalněných plynech s vynikající citlivostí a krátkým časem analýzy. Přináší významný pokrok pro průmyslové a environmentální aplikace a otevírá cestu k multi-elementárnímu sledování nečistot.

Reference

• Freije-Carrelo L., Moldovan M., García Alonso J. I., V O T D T, Ruiz Encinara J., Instrumental Setup for Simultaneous Total and Speciation Analysis of Volatile Arsenic Compounds in Gas and Liquefied Gas Samples, Anal. Chem., 2017, 89(11), 5719–5724.
• Song Y., Chen Y., Determination of Arsine in Ethylene and Propylene by GC-ICP-MS, Handbook of Hyphenated ICP-MS Applications, 2nd Ed., Agilent Technologies, 2015, 75–76.