Detecção quantitativa de rastreamento vapores explosivos por temperatura programada Desorption Gas Chromatography-Electron Captura Detector

1Chemical Sensing & Fuel Technology, Chemistry Division, U.S. Naval Research Laboratory, 2NOVA Research, Inc., 3Bio/Analytical Chemistry, Chemistry Division, U.S. Naval Research Laboratory, 4Navy Technology Center for Safety and Survivability, Chemistry Division, U.S. Naval Research Laboratory
Published 7/25/2014
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Chemistry

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Summary

Rastreamento de vapores explosivos TNT e RDX coletados em tubos de dessorção térmica cheia de absorventes foram analisados ​​por meio de um sistema de dessorção a temperatura programada acoplado a GC com um detector de captura de elétrons. A análise instrumental é combinada com o método de deposição líquido direto para reduzir a variabilidade da amostra e conta para a instrumentação deriva e perdas.

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Field, C. R., Lubrano, A., Woytowitz, M., Giordano, B. C., Rose-Pehrsson, S. L. Quantitative Detection of Trace Explosive Vapors by Programmed Temperature Desorption Gas Chromatography-Electron Capture Detector. J. Vis. Exp. (89), e51938, doi:10.3791/51938 (2014).

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Abstract

O depósito de líquido directo de padrões de solução em tubos de dessorção térmica cheio de sorvente é usado para a análise quantitativa de amostras de vapor explosivas vestigiais. O método de deposição direta líquido produz uma maior fidelidade entre a análise de amostras de vapor ea análise de padrões de solução do que usar métodos de injeção separados para vapores e soluções, ou seja, amostras coletadas em tubos de coleta de vapor e padrões preparadas em frascos de solução. Além disso, o método pode ser responsável por perdas de instrumentação, o que o torna ideal para minimizar a variabilidade e detecção de vestígios química quantitativa. Cromatografia em fase gasosa com detector de captura de elétrons é uma configuração de instrumentação sensível ao nitro-energética, tais como TNT e RDX, devido à sua afinidade relativamente alta de elétrons. Contudo, a quantificação de vapor destes compostos é difícil sem padrões de vapor viáveis. Assim, eliminam a necessidade de padrões de vapor, combinandoa sensibilidade da instrumentação com um protocolo de deposição de líquido directamente para analisar amostras de vapor explosivas vestigiais.

Introduction

Cromatografia Gasosa (GC) é um núcleo de técnica de análise instrumental de Química Analítica e é sem dúvida tão onipresente quanto um prato quente ou equilíbrio em um laboratório de química. Instrumentação GC pode ser utilizado para a preparação, a identificação e quantificação de uma multiplicidade de compostos químicos e podem ser acoplados a uma variedade de detectores, tais como detectores de ionização de chama (FID), detectores foto-ionização (PIDs), detectores de condutividade térmica ( TCDs), detectores de captura de elétrons (ECD) e espectrômetros de massa (MS), dependendo dos analitos, a metodologia e aplicação. As amostras podem ser introduzidas através de uma entrada de grupo / splitless padrão quando se trabalha com soluções para pequenas amostras, enseadas análise headspace especializados, contínuo fase micro-extração (SPME) seringas ou sistemas de dessorção térmica. GC-MS é muitas vezes a técnica padrão usada em aplicações de validação e verificação de técnicas de detecção, alternativas ou emergentes por causa de sua utilidade, flexibilidade,eo poder de identificação com bases de dados estabelecidas químicos e bibliotecas 1 -. 7 GC e sua amostragem relacionada e componentes de detecção é ideal para análises químicas de rotina e mais especializado, desafiando aplicações analíticas.

O pedido de análise de interesse crescente para militar, segurança interna, e empresas comerciais é traçar detecção de vapor explosivo, com detecção incluindo a identificação e quantificação. Detecção de vestígios de vapor de explosivo é um desafio único química analítica porque os analitos, tais como 2,4,6-trinitrotolueno (TNT) e ciclotrimetilenetrinitramina (RDX) têm propriedades físicas que os tornam particularmente difíceis de manusear e separado usando mais amplo, a análise química mais genérico metodologias. A pressões relativamente baixas e de vapor (ppm v) concentração sub partes por milhão por volume de vapor saturado, combinadas com coeficientes de atrito relativamente elevado, necessitcomeu protocolos especiais de amostragem, instrumentação e métodos de quantificação 8 -. 12 A GC acoplado a um detector de captura de elétrons (ECD) ou espectrômetro de massa (MS) é um método eficaz para quantificar analitos explosivos, especificamente dinitrotoluene (DNT), TNT e RDX . 6,13 - 17 GC-ECD é particularmente útil para compostos nitro-enérgica devido à sua afinidade relativamente elevada de electrões. A Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) criou métodos padrão para detecção de analitos explosivo usando GC-ECD e GC-MS, mas estes métodos têm-se centrado em amostras em solução, tais como água subterrânea, e não amostras coletadas na fase de vapor. 2 , 18 - 23 A fim de detectar vapores explosivos, protocolos de amostragem alternativos devem ser utilizados, tais como coleta de vapor com tubos de amostras de dessorção térmica cheia de absorventes, mas a detecção quantitativa continua a ser difícil devido à falta de padrões de vapor de umª métodos de calibração que não conta para tubos de amostras e instrumentação perdas.

Recentemente, os métodos de quantificação utilizando sistemas de dessorção térmica com um sistema de entrada arrefecida (TDS-CIS), acoplado a um GC-ECD foram desenvolvidos por TNT e RDX vapores. 24,25 As perdas associadas com a instrumentação TDS-CIS-GC-ECD para traço vapores explosivos foram caracterizados e contabilizados de exemplo curvas de calibração usando um método de deposição direta líquido sobre os tubos de amostras dessorção térmica cheia de absorventes. No entanto, a literatura focada em instrumentação caracterização e desenvolvimento de métodos, mas nunca realmente amostrados, analisados, quantificados ou vapores explosivos, apenas as normas de solução. Aqui, o foco está no protocolo de amostragem e quantificação vapores explosivos. O protocolo e metodologia pode ser expandida para outros analitos e traçar vapores explosivos, como tetranitrato de pentaeritritol (PETN).

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Protocol

1. Instrumento Preparação

  1. Assegurar o instrumento, forno, e um detector são a RT Desligue o fluxo de gás para a entrada e um detector.
  2. Remover o TDS da GC. Consulte o manual do usuário do fabricante para o procedimento específico do instrumento.
  3. Remova o adaptador TDS da entrada CIS e retire o forro da CEI.
  4. Inspecione a entrada CIS para partículas e detritos, enquanto o forro é removido. Limpar todos os detritos visível com ar comprimido, ou de preferência de azoto.
  5. Coloque uma nova ponteira de grafite para um novo forro CIS usando a ferramenta e as instruções do fabricante prevista ponteira-para-liner vinculativo.
  6. Insira o forro com a ponteira de grafite ligado no SIA. Substitua o adaptador TDS e re-montar o TDS.
  7. Retirar uma nova coluna da embalagem e remover a protecção de silicone a partir das extremidades da coluna.
  8. Inserir uma porca e um ferrolho em cada extremidade da coluna. Use uma porca detector ECD e ferrule por uma das extremidades da coluna e uma ponteira de CEI para a extremidade oposta da coluna.
  9. Utilizando uma ferramenta de corte cerâmica coluna, remover cerca de 10 cm de cada extremidade da coluna. Assegurar que as porcas e virolas permanecem na coluna, mas para longe da extremidade da coluna para evitar o entupimento e detritos.
  10. Fixe a coluna no forno usando as instruções do fabricante do instrumento. Inserir a coluna na entrada. Ligar a outra extremidade da coluna para a porta do detector. A profundidade de inserção é específico para instrumento, de entrada, e detector de fabricante. Consulte o manual do usuário e as especificações para a profundidade exata inserção coluna.
    NOTA: A pré-cozer pode ser necessário para a coluna antes de ligar a extremidade oposta da coluna para as portas do detector. Consulte a documentação da coluna e fabricante do instrumento para determinar se uma pré-assar é necessária.
  11. Gentilmente mão-aperte as porcas e anilhas em suas respectivas portas para a entrada e detector. Usando uma chave, aperte wiª cerca de um quarto de volta de rotação as porcas e anilhas. Muita força ou aperto excessivo pode danificar os fios, causando vazamentos ou a coluna de quebrar e entupir.
  12. Asse o TDS, de entrada, coluna e detector. A cozer típico fora consiste em definir a temperatura para todas as zonas até um pouco abaixo da temperatura máxima (tipicamente 300 ° C), enquanto que flui gás de transporte, pelo menos, 2 horas.
  13. Arrefecer todas as zonas e aperte todas as porcas e anilhas para garantir uma operação livre de vazamentos. Aquecimento e resfriamento durante a cozer fora, vai fazer com que as porcas e anilhas para soltar, que pode apresentar vazamentos.
  14. Carregar ou recarregar, o método instrumento utilizando a interface do software. Verifique as temperaturas corretas e vazões foram alcançados. Instrumentação está pronto para análise.

2. Preparação de Normas

  1. Remover 1.000 ng mL -1 3,4-DNT, 10.000 ng mL -1 TNT, e 10.000 ng mL -1 de RDXcongelador ou geladeira e deixe as três soluções de ações para alcançar RT.
  2. Dispensar 100 l de estoque 1.000 ng mL -1 3,4-DNT e adicionar 900 mL de acetonitrilo em uma amostra frasco âmbar.
  3. Pipetar 100 l de 100 ng mL -1 de 3,4-dinitrotolueno do Passo 2.2 e adicionar 900 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar.
  4. Dispensar 150 ul de 10 ng mL -1 de 3,4-dinitrotolueno do Passo 2.3 e 4,850 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Este é o padrão interno para a deposição de líquido direto.
  5. Dispensar 100 l de estoque 10.000 ng mL -1 solução TNT, 100 l de estoque 10.000 ng mL -1 solução RDX, e 800 ul de acetonitrilo em uma amostra frasco âmbar.
  6. Dispensar 100 l de 1.000 ng mL -1 TNT e RDX solução no Passo 2.5 e 900 mL de acetonitrilo em uma amostra frasco âmbar.
  7. Dispensar 100 l deo de 100 ng mL -1 solução TNT e RDX do Passo 2.6 e 900 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar.
  8. Pipetar 100 l de 10 ng mL -1 TNT e RDX solução do Passo 2.7 e 900 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Isso cria a 1,0 ng TNT/1.0 RDX mL -1 padrão solução pronta para a deposição de líquido directo para tubos de amostra.
  9. Dispensar 60 ul do ng mL -1 solução 10 no Passo 940 e 2,7 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Isso cria a 0,6 ng TNT/0.6 RDX mL -1 padrão solução pronta para a deposição de líquido directo para tubos de amostra.
  10. Dispensar 40 ul do ng mL -1 solução 10 no Passo 960 e 2,7 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Isso cria a 0,4 ng TNT/0.4 RDX mL -1 padrão solução pronta para a deposição de líquido directo para tubos de amostra.
  11. Dispensar 20 ul dos 10ng mL -1 solução no passo 2.7 e 980 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Isso cria a 0,2 ng TNT/0.2 RDX mL -1 padrão solução pronta para a deposição de líquido directo para tubos de amostra.
  12. Pipetar 100 l de a 1,0 ng mL -1 solução no passo 2.8 e 900 mL de acetonitrilo para um frasco de amostra de cor âmbar. Isso cria a 0,1 ng TNT/0.1 RDX mL -1 padrão solução pronta para a deposição de líquido directo para tubos de amostra.

3. Coleta de Amostras

  1. Conectar um tubo de amostra de dessorção térmica cheio de sorvente a uma bomba de amostra ou equipamento semelhante utilizando um pequeno pedaço de tubo de silicone flexível. Uma seta vermelha é fornecida sobre os tubos de amostra que indicam a direcção do fluxo de ar para a amostra de adsorção, e que se encontra virada na direcção da tubagem de silicone de bomba e de amostra.
  2. Anexar um medidor de caudal de êmbolo para o tubo de amostra na extremidade oposta a partir da amostra de pump ligada no passo 3.1. Ajuste a velocidade de fluxo da bomba de amostra, ou equipamento similar, de tal modo que a taxa de fluxo é de cerca de 100 ml min -1 através do tubo de amostra de acordo com as leituras do medidor de caudal de êmbolo. A vazão deve ser definida para ± 5,0 ml min -1 de 100 ml min -1 ponto desejado set.
  3. Desligue o medidor de caudal de êmbolo a partir do tubo de amostra e desligar temporariamente a bomba da amostra, mas deixam o tubo de amostra, ligado à bomba. A bomba de amostra será reativada para começar a coleta de amostras. O tubo de amostra está pronta para a coleção.
  4. Colocar o tubo de ensaio com a bomba da amostra ainda, ligado à corrente de vapor de explosivos. A fonte de vapor poderia ser o espaço da cabeça acima de uma amostra sólida, num ambiente aberto, ou uma variedade de sistemas de vaporização de analitos.
  5. Definir um temporizador com base nos tempos de amostragem aproximados listadas na Tabela 2. Os tempos de amostragem são listados como uma orientação geral baseada na suspected concentração de material na fase de vapor. Estes tempos de amostragem, com uma taxa de fluxo de 100 ml min -1, geralmente, irá produzir uma massa no centro da curva de calibração, o que é ideal para a quantificação.
  6. Ative a bomba de amostra e iniciar o temporizador. Aguarde até que o cronômetro parou e desligou a bomba da amostra. Desligue o tubo de amostra a partir da bomba e colocá-lo na embalagem fornecida com o tubo de amostra. Tampe o tubo e armazenar para análise.
  7. Registre o número de série único estampado em cada tubo de amostra, o tempo de amostra, ea taxa de fluxo para o tubo de amostra em um caderno de laboratório. Estes valores serão importantes para a quantificação.

4. Curva de Calibração Geração

  1. Pipetar 5,0 mL da solução padrão diretamente na fritas de vidro de, um tubo de amostra utilizada condicionado. Segure o tubo de amostra e pipeta na posição vertical com a mão enluvada durante a deposição.
  2. Repita o passo 4.1 para cada uma das seis Calibragn padrões em três tubos de amostras diferentes.
  3. Depósito 5 ul da 0,3 ng mL -1 3,4-DNT em cada um dos tubos, bem.
  4. Permita que os tubos de dezoito amostras (três por concentração da solução, seis concentrações de solução) para sentar-se à temperatura ambiente por pelo menos 30 min para evaporar o solvente.
  5. Utilizar o amostrador automático vinte tubo e o método de TNT e RDX TDS-CIS-GC-ECD anteriormente descrito para executar e analisar todos os dezoito tubos S / N. 24,25 Um resumo dos parâmetros TDS-CIS-GC-ECD para o método é fornecida na Tabela 1.
  6. Integrar os picos associados com 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX no cromatograma para cada um dos tubos de amostra dezoito. O 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX picos irá ocorrer em cerca de 4,16, 4,49 e 4,95 minutos, respectivamente.
  7. Note-se a 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX áreas de pico de cada um dos dezoito tubos, juntamente com a massa correspondente de TNT e RDX que foi depositada sobre o tubo de amostra numa folha de cálculo e laboratornotebook y.
  8. Normalizar as áreas de pico, tanto para TNT e RDX dividindo cada área do pico pela área do pico de 3,4-DNT. Faça isso para todos os dezoito tubos.
  9. Calcule a média eo desvio padrão das áreas de TNT e RDX pico normalizadas para os seis concentrações padrão.
  10. Traçar a média da área do pico normalizada contra massa de analito presente nos tubos tanto para TNT e RDX.
  11. Adicionar uma linha de tendência linear tanto para a TNT e RDX pontos de dados. Identificar a inclinação e intercepção y para cada analito. Registre a inclinação, a intercepção e R valor 2 em um notebook planilha e laboratório.
  12. Colocar os tubos de amostra utilizados num condicionador tubo durante 3 horas a 300 º C e 500 ml min -1 fluxo de azoto.

5. Análise Amostra

  1. Depósito 5,0 ul da 0,3 ng mL -1 3,4-DNT em cada um dos tubos de amostra.
  2. Permitir que os tubos em repouso, à TA, durante pelo menos 30 minutos para evaporar o solvente a partir do empadrão externo.
  3. Utilizar o amostrador automático vinte tubo e o método de TNT e RDX anteriormente descrito para executar os tubos S / N no TDS 24,25-cis-GC-ECD. Um resumo dos parâmetros de instrumentação para o método de análise é fornecida na Tabela 1.
  4. Integrar os picos associados com 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX no cromatograma para cada um dos tubos de amostra dezoito. O 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX picos irá ocorrer em cerca de 4,16, 4,49 e 4,95 minutos, respectivamente.
  5. Note-se a 3,4-DNT, TNT e RDX áreas dos picos para cada um dos tubos de amostra em um notebook planilha e laboratório.
  6. Utilizar as áreas de pico e da curva de calibração para determinar a concentração de vapor em partes por bilhão em volume (ppb v) para cada analito. Veja Equações 1-4.
  7. Colocar os tubos de amostra utilizados num condicionador tubo durante 3 horas a 300 º C e 500 ml min -1 fluxo de ar de azoto.

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Representative Results

A obtenção de resultados quantitativos para amostras de vapor explosivas de rastreio começa com o estabelecimento de uma curva de calibração para a instrumentação TDS-CIS-GC-ECD usando o método de deposição de líquido directo de padrões de solução para os tubos de amostra para compensar perdas de instrumento e as diferenças entre os padrões de solução e as amostras de vapor. O TDS-CIS-GC-ECD instrumentação e método para análise de vestígios de TNT e RDX foi previamente descrito em detalhe noutro local, mas os parâmetros do aparelho encontram-se resumidos na Tabela 1. 24,25 Aqui, a Figura 1 mostra uma série de cromatogramas obtidos utilizando o método e parâmetros publicados na Tabela 1. picos de 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX são observadas em 4,16, 4,49, e 4,95 minutos, respectivamente. A altura do pico e a área do padrão interno, é constante para todas as massas de TNT e RDX, enquanto que a altura e área do pico aumenta com a massa da substância a analisar. As áreas de pico de TNT e RDX para cadamassa são normalizados pela área do pico de 3,4-DNT para explicar irreproducibility e perdas associadas com injeção de tubo de amostra. As áreas dos picos normalizados para cada analito são então representados graficamente em função de massa em tubos de amostra para estabelecer uma curva de calibração. A regressão linear é realizado para obter a inclinação, a intercepção eo coeficiente de determinação (R 2). A inclinação e intersecção são utilizados para converter a área do pico normalizado de amostras de vapor para massa, ou em última análise, a concentração. Figura 2 mostra uma curva de calibração produzida a partir de exemplo os cromatogramas mostrados na figura 1. As barras de erro indicam um desvio padrão de três medições replicadas por massa de analito (N = 3). Uma curva de calibração ideal com nenhum instrumento ou de amostragem perdas e resposta do detector linear teria um valor de R 2 próxima da unidade. Um valor de R 2, que se desvia significativamente unidade, cerca de menos de 0,98, é normalmente um indicador da emstrument precisa de manutenção, os padrões de soluções não foram devidamente preparados, ou padrões de solução e do padrão interno não foram devidamente depositados sobre a frita de vidro dos tubos de amostra.

A curva de calibração, o enredo e os dados brutos relacionados, são salvos na mesma planilha como a informação da amostra para que a calibração utilizado para a quantificação é de fácil acesso e monitorados com as amostras analisadas. As curvas de calibração e as áreas de pico a partir de uma amostra pode ser utilizado para calcular a concentração de vapor utilizando o seguinte conjunto de equações:

Equação 1 (1)

Equação 2 (2)

Equação 3 (3)

Equação 4

em que A é uma área do pico do analito, A s é a área do pico do padrão interno, b é a intercepção Y curva de calibração para o analito, S é o declive da curva de calibração para o analito, C é um factor de conversão para partes-por- bilhão em volume (ppb v, 10 9), M é o peso molecular para o analito (g mol-1), s Q é a taxa de fluxo da amostra (ml min -1), G é um factor de conversão de mililitros a litros ( 10 3), R é a constante dos gases perfeitos (8,314 L kPa K -1 mol -1), T é a temperatura (K), t é o tempo de amostra (min), e P é a pressão (kPa). Estas séries de equações pode ser incorporado em uma planilha para cálculo automático de valores de quantificação. Importantly, estas equações assumir um gás ideal, de modo que as concentrações têm uma redução na precisão porque nenhum dos analitos são gases ideais.

A Figura 3 mostra um exemplo de um cromatograma que indica que o aparelho está em necessidade de padrões de serviço ou uma nova solução deve ser preparada. Outros do que aqueles identificados como 3,4-DNT, TNT e RDX picos adicionais aparecem no cromatograma. Picos adicionais estão sempre presentes quando se utiliza tubos de amostra dessorção térmica cheia de absorventes porque o material absorvente se degrada ao longo do tempo com o uso repetido e não adsorver seletivamente apenas DNT, TNT e RDX. No entanto, os produtos de degradação não 26 co-eluir com 3,4-DNT, TNT e RDX com um instrumento adequadamente mantida. Um tubo em branco deve ser executado antes e depois de cada série de calibração para identificar picos que estão presentes a partir de qualquer material adsorvente degradação ou impurezas capturadas durante a recolha de amostras de vapor. Isto é facilmente alcançado with a utilização de um amostrador automático de vinte tubos de amostra, em que os tubos de amostra dezoito calibração padrão são utilizados para a curva de calibração e duas posições adicionais são livres para tubos vazios no inicio e fim da sequência. Picos adicionais não observou o espaço em branco, mas observado em tubos de amostras depositadas com os padrões de soluções para gerar uma curva de calibração, geralmente indica solução degradação analito e novos padrões de solução deve ser preparado e depositado em um novo conjunto de tubos de amostra. Picos adicionais foram também observadas, se os tubos de amostra são deixadas no condicionador de tubo maior do que 3 horas.

Além disso, as formas dos picos variar muito, de uma forma Gaussiana, especificamente para os picos a cerca de 4,6 e 4,825 min. Alguns pacotes de instrumentação e software de análise de dados fornecer um cálculo "Symmetry" para cada pico no cromatograma que as tentativas para quantificar o desvio a partir de uma forma de Gauss. Este valor pode ser usado comoum indicador para substituir a coluna e forro de entrada do instrumento quando se desvia significativamente a unidade, onde a unidade indica um formato de pico Gaussian perfeito. A DPI é muito sensível a nitro-aromáticos, tais como TNT e DNT, mas tem uma gama dinâmica limitada. Isto resulta em picos tornando-se cortadas aos limites superiores da gama dinâmica, tal como visto para o pico a cerca de 4,825 min na Figura 3. Se os picos tornam-se cortada, em seguida, pode ser necessário para reduzir o tempo de colheita de amostras para as amostras de vapor durante a recolha da amostra. Executando uma nova curva de calibração antes de cada série de coleta de amostra ou em uma programação repetida, como todas as noites, é uma boa maneira de catalogar o desempenho do instrumento e determinar quando um instrumento requer manutenção ou serviço antes de analisar amostras valiosas.

Figura 1
Figura 1. Exemplo chromatogram da separação de 3,4-dinitrotolueno (padrão interno), TNT e RDX utilizando a instrumentação TDS-CIS-GC-ECD com o método de deposição de líquido directamente para a geração de curvas de calibração de amostras de vapor. O cromatograma foi aparada para o parte relevante, mas o total de funcionamento é de 8 min longo. A área do pico de 3,4-DNT é relativamente constante (1,5 ng), enquanto os de TNT e RDX áreas de pico, e alturas, aumentam com a massa de analito em tubo de ensaio: (preto) 0,1 ng, (vermelho) 0,5 ng, (verde) 1,0 ng, (azul) 2,0 ng, e (laranja) 3,0 ng. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figura 2
Figura 2. Uma curva de calibração exemplo para (■) e TNT ( ponto ) Usando o RDXmétodo de deposição de líquido directo com os padrões de solução e uma instrumentação TDS-CIS-GC-ECD. A área do pico normalizado no eixo dos Y é obtido dividindo a partir das áreas de pico de TNT e RDX em um cromatograma pela área do pico de 3,4-dinitrotolueno , o padrão interno. As barras de erro representam um desvio padrão para a média de três tubos de amostras replicadas por solução padrão, ou massa do analito.

Figura 3

Figura 3. Um cromatograma resultante da manutenção pobre instrumento, a degradação da coluna e tubo de amostra degradação do material adsorvente. Que não o 3,4-DNT, TNT picos adicionais, e picos RDX são observados. O pico a cerca de 4,825 min é cortado, porque a massa do analito é o limite superior da gama dinâmica do detector. Um ombro aparece em 4.850 min, indicando pobresseparação. A linha de base, ou o limite inferior, a resposta é elevado causando desvio da linha de base e aumento do ruído.

Figura 4

Figura 4. Um diagrama conceptual que ilustra o procedimento correcto de solução do depósito para um tubo de amostra cheio de sorvente dessorção térmica para o método de deposição directa líquido. A ponta da micropipeta deve tocar a frita de vidro e não nas paredes laterais do tubo da amostra. Uma nova dica também deve ser utilizado para cada deposição entre analitos e tubos de amostra.

Figura 5

Figura 5. Uma alternativa ao uso de bombas de amostragem pessoal para a coleta de vapores explosivos em Desor térmico cheio de absorventeos tubos de amostra. PÇÃO tubagem flexível é utilizado para ligar os tubos de amostra para um controlador de fluxo de massa (MFC) que permite a entrada de electrónica de uma taxa de fluxo desejada. Os controladores de fluxo de massa, quando combinado com uma bomba, para ajustar automaticamente a taxa de fluxo através dos tubos de amostra para um ponto de ajuste desejado, independentemente das variações entre os tubos de amostra. Uma configuração de seis MFC é mostrado com um colector para ligar todos os MFCs a uma bomba comum, mas as configurações com diferentes números de MFCs são possíveis.

Nome do Parâmetro Valor Unidades
TDS Temperatura Inicial 25 º C
TDS Temperatura final 250 º C
TDS Temperatura Ramp 40 º C min -1
TDS Hold Time 2 min
TDS Vazão 455 ml min -1
Modo de TDS PTV Solvente Ventilação N / D
TDS Transferência Linha Temperatura 300 ° C
CIS Temperatura Inicial 0 ° C
CIS final Temperatura 250 ° C
CIS Temperatura Ramp 12 ° C s @ 1
CIS Hold Time 3 min
CIS Vazão 108 ml min -1
Modo CIS PTV Solvente Ventilação N / D
Forno Temperatura Inicial 30 ° C
Forno Hold Time inicial 0,5 min
Forno temperatura final 250 ° C
Forno de rampa de temperatura 1 40 ° C min -1
Forno espera Temperatura 1 210 ° C
Forno de rampa de temperatura 2 40 ° C min -1
Forno espera Temperatura 1 250 ° C
Hold Time Forno 1 min
Coluna Transportadora Gas Hélio N / D
Coluna Vazão 5.6 ml min -1
Pressão coluna 23,642 psi
Coluna de Revestimento 5% polysilioxane (DB5-MS) N / D
Comprimento de Coluna 15 m
ColuDiâmetro interno mn (ID) 0,25 mm
Coluna diâmetro externo (OD) 250 mm
Temperatura ECD 275 ° C
ECD Vazão 60 ml min -1
ECD Transportadora Gas Nitrogênio N / D

Tabela 1. Os parâmetros de instrumentação TDS-CIS-GC-ECD para quantificação de TNT e RDX vapores usando o método de deposição direta líquido.

TNT e RDX Solução Concentração
(Ng mL -1)
Aproximado de concentração de vapor
(Ppb v)
Tempo de Amostragem
(Min)
0,1 TNT/0.25 RDX 0.050 TNT/0.125 RDX 120
0.4 TNT/1.0 RDX 0.200 TNT/0.500 RDX 30
2.0 TNT/5.0 RDX 1,00 TNT/2.50 RDX 6

Tabela 2. O tempo de amostragem aproximada para a recolha de vapores explosivos para três concentrações de solução de TNT e RDX. Tempos de amostragem reais podem ter de ser ajustada para produzir picos em um cromatograma adequado para quantificação.

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Discussion

A reprodutibilidade é um atributo essencial para a quantificação de vestígios de vapores explosivos utilizando o método de deposição directa líquido com TDS-CIS-GC-ECD instrumentação, e Desvio Padrão Relativo (RSD) é frequentemente usado como uma métrica para a reprodutibilidade. Temos experimentado RSDs para a reprodutibilidade inter e intra-amostra de aproximadamente 5% para TNT e 10% para RDX. Qualquer RSD acima de 15% é utilizado como um indicador para verificar as fontes comuns de variação que reduzem a eficácia do protocolo. Fontes de variação que levaram a RSDs inaceitáveis ​​no passado estão em destaque na discussão a seguir.

Um fonte comum de variação que pode levar a relativamente grandes desvios-padrão para as medições repetidas de padrões de solução e desvio significativo para a unidade R2 é consistente deposição de padrões de solução e o padrão interno para os tubos de amostra. Nós descobrimos uma micropipeta eletrônico é ideal para a minimizaçãovariação durante a deposição, em oposição a uma micropipeta manual. Durante vários projetos recentes, onde várias pessoas foram envolvidas na quantificação vapores explosivos ao longo de vários dias de coleta de amostras, a fonte de variação nos resultados foi em grande parte dependente do indivíduo e sua / seu uso da micropipeta manual. À primeira vista, o uso de uma micropipeta manual aparece relativamente simples, mas pequenas variações na depressão êmbolo e solte entre os usuários resultou em uma importante fonte de variação na análise quantitativa de vapores explosivos. Quando a micropipeta manual foi comutada para uma micropipeta eletrônico, a variação entre os usuários não podem ser distinguidos entre a variação do instrumento e ruído de amostragem. Também é importante manter a posição vertical durante a captação micropipeta solução e deposição. A solução deve ser depositado directamente sobre o vidro sinterizado do tubo de amostra, ou seja, a ponta da micropipeta deve contactar o vidro frit e não as paredes laterais de vidro. Uma nova ponta da micropipeta também deve ser usado para cada tubo de amostra e a deposição. Figura 4 mostra um desenho conceptual do processo de deposição do padrão interno ou uma solução padrão para a frita de vidro de um tubo de amostra.

Outra fonte de variabilidade que pode diminuir a reprodutibilidade com a quantificação dos vapores explosivos é o procedimento de amostragem de vapor. No protocolo, uma amostra comercial de bomba está ligado ao tubo de amostra e calibrado com um medidor de caudal de êmbolo usando um pequeno conjunto de parafuso e chave de parafusos. O débito deve ser ajustado para cada tubo de amostra para explicar as diferenças de embalagem do material absorvente entre os tubos de amostra e desempenho da bomba. Este procedimento pode ser complicado e sujeito a erros, especialmente quando se tenta coletar vários tubos de amostras em paralelo. Similar à substituição de uma micropipeta manual com uma micropipeta electrónicos para reduzir a variação, também immentou um sistema de tubos de amostra electrónico que utiliza uma bomba de vácuo, e controladores de fluxo de massa (MFC). Figura 5 mostra um diagrama conceptual de um colector de recolha de vapor de seis tubos de amostra. Os CFM corrigir automaticamente as variações de embalagem entre os tubos de amostra e ajustar a taxa de fluxo de 100 ml min -1 sem intervenção do usuário automaticamente. As taxas de fluxo deve ainda ser verificada rotineiramente e calibrado com um medidor de fluxo de pistão, mas a taxa de fluxo pode ser ajustada electronicamente em vez de manualmente com uma chave de fenda. É possível criar um único MFC colector de recolha de tubos de amostra, mas a configuração com base em MFC visto na figura 5 destina-se a demonstrar a escalabilidade de um método alternativo. Notavelmente, as bombas individuais amostras comerciais são menos caros do que a configuração com base em MFC ea configuração com base em MFC é um assembly personalizado, mas a configuração baseada em MFC pode reduzir a variação, melhorar a reprodutibilidade, e sermais fácil de usar.

Variação também está presente na instrumentação TDS-CIS-GC-ECD. Ao longo do tempo, como os vários componentes internos do instrumento de calor e frio durante a análise, as peças vão se expandir e contrair causando fadiga de materiais de consumo, tais como ponteiras, porcas, colunas e forros. A fadiga gradual dos componentes é inevitável e uma fonte de variação ao longo do tempo. Ao realizar a quantificação de trace (sub partes por milhão por volume, ppm v) vapores explosivos, a variação gradual no desempenho do instrumento torna-se ampliado. Assim, é importante para estabelecer as curvas de calibração para a quantificação de uma forma atempada, tipicamente, antes da análise de amostras. Se possível, as curvas de calibração deve ser gerada no mesmo dia que a análise de uma amostra a ser realizado. Isso nem sempre é possível devido a limitações de tempo e carga de trabalho de instrumento. Além disso, tipicamente, pelo menos, cinco repetições são utilizadas por unidade de massa, ou concentração, de uma curva de calibração, porquemais repetições produzir uma curva de calibração mais robusto para quantificação. No entanto, a curva de calibração na figura 2 foi estabelecida com três repetições. O número de repetições foi reduzida de forma a curva de calibração completa de todo o intervalo dinâmico do detector pode ser estabelecida S / N na bandeja do amostrador automático único (duas peças preliminares, os tubos de amostra dezoito solução padrão, e vinte e capacidade de tubos de amostra). Para compensar a redução do número de repetições por massa analito, uma nova curva de calibração foi estabelecida O / N com amostras de executar imediatamente no dia seguinte para explicar a variação associada ao instrumento deriva e evitar que um log de volta de tubos de amostra para quantificação de explosivos vapores com TDS-CIS-GC-ECD, o que é cerca de 20 minutos por tubos de amostra.

A determinação das áreas de pico de 3,4-dinitrotolueno, TNT e RDX em um cromatograma, como o exemplo visto na Figura 1, pode ser um processo subjectivo que pode introduzir irreproducidade para a quantificação de vapores explosivos com método de deposição líquido direto e TDS-CIS-GC-ECD instrumentação. Muitos pacotes de software de análise de dados fornecidos com o GC-ECD instrumentação inclui manual e automático de detecção de pico e métodos de integração. O campo de dados de análise cromatográfica e suas técnicas relacionados para a detecção de pico de integração automática e é longo e extenso, 27-31 com muitos dos algoritmos fornecidos no software de análise de dados. Uma revisão completa das várias características e procedimentos para a integração de áreas de pico está além do escopo deste trabalho. É mais importante para um grupo de pesquisa para padronizar, documento, e usar o mesmo procedimento para a curva de calibração conforme as amostras para minimizar a variação na quantificação de vapores explosivos de processos de integração mais subjetivas área de pico.

Finalmente, a degradação dos tubos de amostra e os padrões de solução podem afectar a quantificação de trace vapores explosivos. Semelhante à fadiga componente de uso e ciclagem térmica da instrumentação TDS-CIS-GC-ECD, o material adsorvente no interior dos tubos de amostra podem degradar ao longo do tempo com a amostragem repetida e dessorção térmica. Novos tubos de amostra são bem embalado e na cor branca. Ao longo do tempo, como a amostra de ar se escoa num sentido e gás portador, tipicamente hélio, flui no sentido oposto durante a dessorção térmica, o empacotamento dos tubos de amostragem torna-se solto e de cor amarela. A cor amarela indica a degradação do material adsorvente do ciclo térmico repetido dentro do tubo de instrumentação e condicionador. Picos adicionais nos espaços em branco e os tubos de amostra também são indicadores de materiais absorventes produtos de degradação. 26 Após cada análise, os vapores de amostra são condicionados a um condicionador de tubo para um máximo de 3 horas. Isto é para dessorver qualquer material restante a partir do material adsorvente e limpar eficazmente os tubos de amostra. No entanto, deixando um tubo de amostra em tele condicionador de temperatura relativamente alta (300 ° C) mais do que 3 horas pode reduzir significativamente o tempo de vida do tubo de amostra e introduzir variação na quantificação. Da mesma forma, os padrões de solução irá degradar ao longo do tempo, o que vai reduzir artificialmente a massa ou a concentração, de analito em cada padrão para uma curva de calibração. Para minimizar a degradação da solução, os padrões de solução deve ser armazenada num frasco de vidro âmbar num congelador ou refrigerador e os padrões de solução deve ser periodicamente analisadas usando o GC-ECD sem o TDS-CIS e uma entrada de divisão / splitless padrão para identificar picos adicionais ou produtos de degradação. Um método de quantificação complementares, tais como espectrometria de massa com cromatografia gasosa ou cromatografia líquida de alto desempenho, também pode ser utilizado para assegurar que os padrões de solução não degradada e são adequados para o método de deposição de líquido directamente para a quantificação de rastreio vapores explosivos.

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Acknowledgements

O apoio financeiro foi fornecido pelo Departamento de Homeland Security and Direcção Ciência Tecnologia.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
2,4,6-Trinitrotoluene (TNT) Accu-Standard M-8330-11-A-10X 10,000 ng μl-1
Cyclotrimethylenetrinitramine (RDX) Accu-Standard M-8330-05-A-10X 10,000 ng μl-1
3,4-Dinitrotoluene (3,4-DNT) Accu-Standard S-22988-01 1,000 ng μl-1
Tenax® TA Vapor Sample Tubes Gerstel 009947-000-00 Tenax® 60/80
CIS4 Liner Gerstel 014652-005-00 or equivalent
Transfer Line Ferrule Gerstel 001805-008-00
Inlet Liner Ferrule Gerstel 001805-040-00
CIS4 Ferrule Gerstel 007541-010-00
ECD Detector Ferrule Agilent 5181-3323
DB5-MS Column Res-Tek 12620

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References

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