Dissolved Gas Determination Using the D-19 ASTM Method

Význam tématu

Stanovení rozpuštěných plynů ve vodě má zásadní význam pro hodnocení kvality vodních zdrojů v oblastech s intenzivním hydraulickým štěpením hornin. Při frackingu může docházet k úniku průmyslových plynů do okolních podzemních i povrchových vod, což vyžaduje spolehlivou, reprodukovatelnou a standardizovanou analytickou metodu pro kvantifikaci metanu, ethanu, ethylénu a propanu.

Cíle a přehled studie / článku

Článek představuje aplikaci metodiky ASTM Committee D-19 pro stanovení rozpuštěných plynů v souladu s navrhovaným formálním standardem. Cílem byla validace postupu, který odstraňuje nutnost složitých výpočtů podle Henryho zákona tím, že kalibrace probíhá v roztoku nasyceném příslušným plynem. Současně byl testován plně automatizovaný odběrový systém LGX50 pro zajištění integrity vzorku a reprodukovatelnosti výsledků.

Použitá metodika a instrumentace

Postup kombinuje statickou headspace techniku a plynovou chromatografii s FID detektorem. Klíčové kroky:

• Příprava nasycených roztoků plynů (metan, ethylén, ethán, propan) při 20 °C a následná sériová ředění pro pětibodovou kalibrační křivku.
• Automatizovaný odběr vzorku headspace pomocí LGX50 Autosampleru (vzorek 20 ml, 60 °C, ekvilibrace 10 min., smíchání).
• Injekce 1 ml headspace smyčky na GC kolonu Restek Q-bond 30 m x 0,53 mm x 20 µm.
• Separační podmínky Agilent 7890 GC/FID: split 20:1, pece program 45 °C (1 min) → 16 °C/min → 180 °C (1,06 min), He nosný plyn, doba běhu 10,5 min.
• Automatizovaná přídavná injekce surrogátu (deuterovaný methyl tert-butyl eter 500 ppm) pro kontrolu přesnosti a obnovy.

Hlavní výsledky a diskuse

Sestavené kalibrační křivky pro všechny čtyři plyny vykázaly lineárnost s koeficientem R² ≥ 0,997. Metodydetekční limity (MDL) se pohybovaly mezi 1,08 a 2,68 µg/L, přičemž determinace schopnosti (DOC) ukázala procentuální obnovy na úrovni 89–97 % a relativní směrodatné odchylky (RSD) pod 8 %. Přidání surrogátu ve 20 slepých vzorcích prokázalo průměrnou obnovu 100 % s přesností lepší než 6 % RSD.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda zaručuje:

• Eliminaci komplikovaných přepočtů podle Henryho konstanty díky kalibraci provedené v roztoku.
• Vyšší integritu a opakovatelnost vzorku díky plné automatizaci LGX50 bez otevírání lahviček.
• Rychlou analýzu čtyř klíčových plynů během jedné chromatografické běhu (~10,5 min.) vhodnou pro rutinní laboratoře, QA/QC i environmentální monitoring.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry dalšího rozvoje:

• Rozšíření metody na další rozpuštěné plyny a těkavé organické sloučeniny.
• Implementace on-line headspace analytických modulů pro nepřetržité monitorování kvality vody.
• Miniaturizace a integrace do přenosných přístrojů pro rapidní terénní měření.
• Validace postupu v dalších matricích (zemní plyn, upravené odpadní vody) a adaptace parametrů na nové environmentální výzvy.

Závěr

Aplikace ASTM D-19 prostřednictvím automatizovaného systému LGX50 a Agilent 7890 GC/FID prokázala robustnost, vysokou přesnost a reprodukovatelnost stanovení rozpuštěných plynů ve vodě. Odstranění výpočtů podle Henryho zákona, dosahování lineárních kalibračních křivek a splnění požadavků metody umožňuje spolehlivé monitorování environmentálních i průmyslových vodních vzorků.

Reference

1. ASTM Committee D-19 Standard Practice for Determination of Dissolved Gases in Water.
2. RSK-175 Standard Operating Procedure pro stanovení rozpuštěných plynů.
3. EPA 40 CFR Part 136, Appendix B – Metod detection limits and demonstration of capability procedures.