Количественный детектирования следов взрывчатых паров запрограммированными Температура десорбции газовой хроматографии-электронного захвата детектора

Резюме

Трассировка взрывоопасные пары тротила и гексогена, собранные на сорбента заполненные тепловых трубок десорбции были проанализированы с использованием запрограммированной температуры десорбции систему, соединенную с GC с детектором электронного захвата. Инструментальный анализ в сочетании с прямым методом жидкого осаждения, чтобы уменьшить изменчивость выборки и учета приборов дрейфа и потерь.

Аннотация

Прямое жидкость отложение стандартам решений на сорбента заполненные термодесорбции труб используется для количественного анализа следовых проб паров взрывчатых. Метод прямого жидкость осаждение дает более высокую точность между анализа проб пара и анализа стандартов решением, чем использование отдельных методов инъекции для парах и растворах, т.е. образцы, собранные на парах пробирок и стандартов, подготовленных во флаконах решений. Кроме того, способ может объяснить потерь приборов, что делает его идеальным для минимизации изменчивости и количественный след химического обнаружения. Метод газовой хроматографии с детектором электронного захвата является конфигурация приборов чувствительны к нитро-энергетики, таких как TNT и RDX, из-за их относительно высокой сродства к электрону. Тем не менее, пара количественное определение этих соединений трудно без жизнеспособных стандартов пара. Таким образом, мы исключаем требование стандартов паров путем объединениячувствительность приборов с прямым протокола жидкого осаждения для анализа следовых образцы паров взрывчатого вещества.

Введение

Газовой хроматографии (ГХ) является одним из основных техника инструментальный анализ аналитической химии и, возможно, такой же распространенной, как горячей плите или баланс в химической лаборатории. GC-измерительные приборы могут быть использованы для подготовки, идентификации и количественного определения множества химических соединений и может быть соединен с множеством детекторов, таких как пламенно-ионизационным детекторами (FIDS), фото-ионизации детекторов (PID), тепловых датчиков проводимости ( ВЗР), захват электрона детекторы (ECDs) и масс-спектрометры (MS), в зависимости от анализируемых, методологии и применения. Образцы могут быть введены через стандартный входе сплит / без деления потока при работе с небольшими решений образцов, специализированных входных отверстий анализа свободное пространство, в твердой фазе Микроэкстракция (SPME) шприцы, или тепловых систем десорбции. ГХ-МС часто стандартный метод, используемый в валидации и верификации приложений альтернативных или появляются, методов обнаружения из-за его полезности, гибкости,и идентификация мощности с установленных химических баз данных и библиотек ^{1 -. 7} ГК и связанные с ним выборки и обнаружения компонентов идеально подходит для рутинного химического анализа и более специализированными, бросая вызов аналитических приложений.

Аналитический применение повышение интереса к военной, внутренней безопасности, а также коммерческих предприятий является проследить обнаружения взрывчатых веществ паров, с обнаружением в том числе идентификации и количественного определения. Трассировка обнаружения взрывчатых веществ из паровой фазы является уникальным аналитический вызов химии, потому что аналиты, такие как 2,4,6-тринитротолуол (ТНТ) и циклотриметилентринитрамин (RDX) имеют физические свойства, которые делают их особенно трудно обрабатывать и отдельный использованием более широкий и общий химический анализ методологий. Относительно низкое давление пара и суб (м.д. _V) концентрацией насыщенных частей на миллион по объему пара, в сочетании с относительно высокими коэффициентами прилипания, necessitели специальные протоколы отбора проб, приборы и методы количественного ^{8 - 12.} GC соединен с Capture электронный детектор (ECD) или масс-спектрометра (MS) является эффективным методом для количественного взрывных анализируемых, в частности динитротолуол (ДНТ), TNT, и RDX . ^{6,13 - 17} GC-ECD является особенно полезным для нитро-энергетических соединений из-за их относительно высокой сродством к электрону. Агентство охраны окружающей среды США (EPA) создал стандартные методы обнаружения взрывчатых веществ анализируемого с помощью GC-ECD и ГХ-МС, но эти методы были направлены на образцах в растворе, например, грунтовые воды, а не образцов, собранных в паровой фазе. ^{2 , 18 - 23} Для того, чтобы обнаружить взрывоопасные пары, альтернативные протоколы отбора проб должны быть использованы, например, коллекции паров с сорбента заполненные тепловых образцов десорбции труб, но количественного определения остается сложной из-за отсутствия стандартов на парахй методы калибровки, что не учитывают образец труб и приборов потерь.

В последнее время методы Quantitation использованием тепловых систем десорбции с охлаждаемой системы подачи (TDS-СНГ), в сочетании с ГХ-ECD были разработаны для паров TNT и RDX. ^24,25 Потери, связанные с приборами TDS-СНГ-GC-ECD для трассировки взрывоопасных паров характеризовались и учитываются в например калибровочных кривых с использованием метода прямого жидкого осаждения на сорбента заполненные образцов термодесорбция труб. Однако в литературе сосредоточена на измерительной характеристики и разработки метода, но никогда фактически отобранных, проанализированных или количественно взрывоопасных паров, только стандартам решений. При этом акцент делается на протоколе для отбора проб и количественного взрывоопасные пары. Протокол и методология может быть расширена до других анализируемых веществ и микроэлементов взрывоопасные пары, такие как ПЕНТАЭРИТРИТОЛТЕТРАНИТРАТА (ТЭНа).

протокол

1. Подготовка прибора

1. Убедитесь, что инструмент, духовка, и детектор при комнатной температуре. Отключить подачу газа на входе и на детектор.
2. Снимите TDS от GC. Обратитесь к руководству пользователя производителя для процедуры приборной конкретных.
3. Снимите адаптер TDS от входа СНГ и снимите вкладыш из СНГ.
4. Осмотрите вход СНГ для частиц и мусора в то время как лайнер удаляется. Очистка никаких видимых остатков сжатым воздухом или, предпочтительно азота.
5. Прикрепите новый графитовый наконечник на новый лайнер СНГ с помощью производителя при условии, инструмент и инструкции для обойма к лайнера обязательными.
6. Вставьте вкладыш с присоединенным графита наконечником в СНГ. Замените адаптер TDS и повторного монтирования TDS.
7. Удаление новый столбец из упаковки и снятия защиты силиконового от концов колонки.
8. Вставьте гайку и наконечник на каждом конце колонки. Используйте гайку детектора ECD и ferrulе для одного конца колонны и манжеты СНГ на противоположном конце колонны.
9. Использование керамического колонка режущий инструмент, удалить приблизительно 10 см от каждого конца колонны. Убедитесь, гайки и наконечники остаются на колонке, но далеко от конца колонны, чтобы избежать закупорки и мусора.
10. Закрепите колонку в печь, используя принципы изготовителя прибора. Вставьте колонку в входе. Подключите другой конец колонку к детектору порт. Глубина введения специфичен для инструмента, входе и детектор производителя. См. руководство пользователя и технические характеристики для точного глубины введения колонка.
    ПРИМЕЧАНИЕ: предварительно запечь может потребоваться для столбца перед подключением противоположный конец колонку к детектору портов. Проконсультируйтесь столбца и производитель приборов документации по, чтобы определить, требуется предварительно запечь.
11. Аккуратно вручную затяните гайки и наконечники на их соответствующих портов для впуска и детектором. С помощью гаечного ключа затяните Wiго примерно на четверть оборота вращения гайки и наконечники. Слишком много сил или завинчивая повредит наконечники протечки или столбец сломать и засорить.
12. Выпекать вне TDS, вход, колонки и детектора. Типичный выпекать из состоит из установки температуры для всех зон чуть ниже максимальной рабочей температуре (обычно 300 ° C) при протекании газа-носителя в течение по крайней мере 2 часов.
13. Охладите все зоны и затяните все гайки и наконечники для обеспечения герметичности бесперебойную работу. Отопление и охлаждение в выпекать вне вызовет гайки и наконечники, чтобы ослабить, которые можно ввести утечки.
14. Загрузите или перезагрузите, метод инструмента с использованием программного интерфейса. Проверьте правильность Температуры и скорости потоков были достигнуты. Инструменты готов для анализа.

2. Подготовка стандартов

1. Удалить 1000 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ, 10000 нг мкл ^-1 TNT, и 10 000 нг мкл ^-1 RDX отморозильник или холодильник и дать три растворы для достижения RT.
2. Внесите 100 мкл складе 1000 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ и добавить 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного.
3. Внесите 100 мкл 100 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ раствором стадии 2.2 и добавить 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного.
4. Внесите 150 мкл 10 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ решение с шага 2.3 и 4850 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это внутренний стандарт для жидкого осаждения прямой.
5. Внесите 100 мкл складе 10000 нг мкл ^-1 решения TNT, 100 мкл складе 10000 нг мкл ^-1 RDX раствора и 800 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного.
6. Внесите 100 мкл 1000 нг мкл ^-1 TNT и RDX раствора в шаге 2.5 и 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного.
7. Внесите 100 мкл100 нг мкл ^-1 TNT и RDX раствором стадии 2.6 и 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного.
8. Внесите 100 мкл 10 нг мкл ^-1 ТНТ и RDX раствором стадии 2.7 и 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это создает 1,0 TNT/1.0 RDX нг мкл ^-1 раствора стандарта готового для непосредственного жидкого нанесения на пробирок.
9. Внесите 60 мкл 10 нг мкл ^-1 раствора в шаге 2.7 и 940 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это создает 0,6 TNT/0.6 RDX нг мкл ^-1 раствора стандарта готового для непосредственного жидкого нанесения на пробирок.
10. Внесите 40 мкл 10 нг мкл ^-1 раствора в шаге 2.7 и 960 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это создает 0,4 TNT/0.4 RDX нг мкл ^-1 раствора стандарта готового для непосредственного жидкого нанесения на пробирок.
11. Внесите 20 мкл 10нг мкл ^-1 решение в шаге 2.7 и 980 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это создает 0,2 TNT/0.2 RDX нг мкл ^-1 раствора стандарта готового для непосредственного жидкого нанесения на пробирок.
12. Внесите 100 мкл 1,0 нг мкл ^-1 решение в шаге 2.8 и 900 мкл ацетонитрила в образце флаконе янтарного. Это создает 0,1 TNT/0.1 RDX нг мкл ^-1 раствора стандарта готового для непосредственного жидкого нанесения на пробирок.

3. Коллекция Образец

1. Подключите один сорбента заполненные Термодесорбция пробирку для образца насоса или подобного оборудования с использованием небольшой кусочек гибкой силиконовой трубки. Красная стрелка предоставляется на пробирок, указывающих направление воздушного потока для образца адсорбции, и она должна быть направлена ​​в сторону силиконовой трубки и образца насоса.
2. Присоединить расходомер поршень в пробирку на противоположном конце от образца ГПМр прилагается в шаге 3.1. Регулировка скорости потока на образце насоса, или аналогичное оборудование, так что скорость потока составляет приблизительно 100 мл ^мин-1 через пробирку в соответствии с показаниями от расходомера поршень. Скорость потока должна быть установлена ​​на ± 5,0 мл мин ^-1 в мл мин ^-1 заданного уровня 100.
3. Отключить расходомер поршень из пробирки и временно отключить образец насоса, но оставить образец трубку, соединенную с насосом. Образец насос будет возобновлена, чтобы начать отбор проб. Образец трубка готова к коллекции.
4. Поместите пробирку с еще связаны образца насоса в потоке взрывчатых паров. Источник пар может быть свободное пространство над твердого образца, открытой средой, или множество систем испарения аналита.
5. Установите таймер на основе Приблизительное время отбора проб, перечисленных в таблице 2. Времена выборки перечислены в качестве общего руководства, основанного на suspecКонцентрация Тед материала в паровой фазе. Эти выборки раз, при скорости потока 100 мл ^мин-1, как правило, дают массу в центре калибровочной кривой, который идеально подходит для количественного определения.
6. Активируйте образец насоса и включите таймер. Подождите, пока таймер не остановился и выключил насос для отбора проб. Отключите пробирку из насоса и поместите его в упаковке, снабженной пробирку. Закройте пробирку крышкой и хранить для анализа.
7. Запишите уникальный серийный номер, выбитый на каждой пробирки, времени выборки, и скорость потока на пробирку в лаборатории ноутбука. Эти значения будут иметь важное значение для количественного определения.

4. Калибровочная кривая поколения

1. Внесите 5.0 мкл стандартного раствора непосредственно на стеклянный фильтр неиспользованной, обусловленной пробирку. Держите пробирку и пипетка вертикально рукой в ​​перчатке во время осаждения.
2. Повторите шаг 4,1 для каждого из шести КАЛИБРОВКАн стандарты на три различных пробирок.
3. Депозит 5 мкл 0,3 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ на каждой из трубок, а также.
4. Разрешить пробирки с образцом восемнадцать (три за концентрации раствора, шесть концентрации раствора) сидеть при комнатной температуре не менее 30 мин для испарения растворителя.
5. Используйте автосамплером двадцать трубки и ранее описанный метод TNT и RDX TDS-СНГ-GC-ECD для запуска и проанализировать все восемнадцать труб O / N. ^24,25 Резюме параметров TDS-СНГ-GC-РДМВ для метода является приведены в таблице 1.
6. Включить пики, связанные с 3,4-ДНТ, TNT, RDX и на хроматограмме для каждой из пробирок восемнадцать. 3,4-ДНТ, TNT и RDX пики будут происходить примерно 4,16, 4,49 и 4,95 мин соответственно.
7. Заметим, 3,4-ДНТ, TNT и RDX площади пиков для каждого из восемнадцати труб вместе с соответствующей массой тротила и гексогена, который был нанесенного на пробирку в электронной таблице и laboratořу ноутбука.
8. Нормализовать максимальную областей как ТНТ и RDX путем деления каждого площади пика по площади пика в 3,4-ДНТ. Сделайте это для всех восемнадцати труб.
9. Рассчитайте среднее и стандартное отклонение нормированных TNT и RDX пиков для стандартных концентраций шести.
10. Участок среднюю нормализованное площадь пика против массы вещества, присутствующего на трубах как для ТНТ и гексогена.
11. Добавить линейного тренда как для ТНТ и точек данных RDX. Определите наклон и у-перехват для каждого вещества. Запишите склон, перехват и R значение ² в электронной таблице и лабораторного ноутбука.
12. Поместите Использовали образец трубы в трубчатой ​​кондиционера в течение 3 часов при 300 ° С и 500 мл мин ^-1 потоке азота.

5. Анализ проб

1. Депозит 5,0 мкл 0,3 нг мкл ^-1 3,4-ДНТ на каждой из пробирок.
2. Разрешить трубы сидеть при комнатной температуре не менее 30 мин для испарения растворителя из инвнешнего стандарта.
3. Используйте автосамплером двадцать трубки и ранее описанный метод TNT и RDX запустить трубы O / N на TDS-СНГ-GC-ДЭЗ. ^24,25 Резюме параметров приборов для метода анализа приведены в таблице 1.
4. Включить пики, связанные с 3,4-ДНТ, TNT, RDX и на хроматограмме для каждой из пробирок восемнадцать. 3,4-ДНТ, TNT и RDX пики будут происходить примерно 4,16, 4,49 и 4,95 мин соответственно.
5. Обратите внимание на 3,4-ДНТ, TNT и пиков RDX для каждого из пробирок в электронной таблице и лабораторного ноутбука.
6. Используйте пиков и калибровочной кривой рассчитать концентрацию паров в частей на миллиард по объему (частей на миллиард _объем) для каждого вещества. См. уравнения 1-4.
7. Поместите Использовали образец трубы в трубчатой ​​кондиционера в течение 3 часов при 300 ° С и 500 мл ^мин-1 токе азота воздуха.

Результаты

Получение количественных результатов для трассировки образцов паров взрывчатых начинается с создания калибровочной кривой для приборов TDS-СНГ-GC-ECD, используя метод прямого жидкого осаждения стандартам решений на пробирок для учета потерь приборов и различия между стандартами решени...

Обсуждение

Воспроизводимость является одним из важнейших атрибутов для количественного определения следовых количеств ВВ паров с использованием метода прямого жидкого осаждения с TDS-СНГ-GC-ECD-измерительных приборов и относительное стандартное отклонение (RSD) часто используется в качестве показ?...

Материалы

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