Udostępnij znajomym!

Chromatografia gazowa jest obecnie szeroko stosowana do analizy wielu różnych związków. Oczekiwania wobec tej metody są coraz wyższe – dąży się do osiągania jak najlepszej czułości, jak najniższych granic wykrywalności i oznaczalności, utrzymując dużą dokładność i precyzję. Rozwiązaniem umożliwiającym spełnienie tych wymagań jest połączenie chromatografii gazowej z innymi technikami analitycznymi, np. ze spektrometrią mas (GC-MS, gas chromatography-mass spectrometry). Te dwie metody świetnie ze sobą współgrają, gdyż analiza w obu urządzeniach przebiega w fazie gazowej, a jeden z poważniejszych problemów – różnica ciśnień pomiędzy przyrządami, został rozwiązany poprzez zastosowanie odpowiedniego łącznika (interface). W naszym laboratorium mamy sposobność sprawdzić możliwości jakie daje połączenie chromatografii ze spektrometrią mas. Dziś krótko na temat urządzenia, na którym pracujemy od końca 2017 roku – jest to GCMS-QP2020 (prod. Shimadzu).

Urządzenie składa się z jednostki stanowiącej chromatograf gazowy, typ GC 2010 Plus, do której zainstalowany jest automatyczny podajnik próbek ciekłych AOC-20i, z tacą na 150 fiolek. Przejście próbek ciekłych w stan gazowy umożliwiają temperatury panujące w dozowniku, maksymalna jaką można zastosować to 450 °C. Na kolumnie chromatograficznej analizowana próbka ulega rozdzieleniu na poszczególne związki, które dostają się kolejno do spektrometru mas. Połączenie jednostki MS z chromatografem odbywa się za pomocą wspomnianego już elementu interface. Zakres temperatur pracy łącznika to 50-350 °C, jednak należy pamiętać, że temperatura ta jest uzależniona od pozostałych parametrów analizy i najlepiej ustalić ją nieco wyższą niż panującą na wyjściu z kolumny. W spektrometrze mas cząsteczki analizowanych substancji ulegają jonizacji oraz rozpadowi na fragmenty o charakterystycznym m/z, które przyspieszane w polu elektrycznym i separowane przez analizator mas dostają się do detektora. W naszym przypadku stosujemy jonizację strumieniem elektronów (EI, electron impact). Temperatury, jakie można zadać na źródle jonów, mieszczą się w przedziale 140-300 °C, a w praktyce do oznaczenia dużej liczby związków wystarczą te z zakresu 200-220 °C, np. do związków lotnych dobraliśmy 200 °C. Warto również zwrócić uwagę na podwójny filament, jaki jest w przyrządzie. W razie przepalenia filamentu pierwszego następuje automatyczne przełączenie na filament nr 2, co zdecydowanie ułatwia pracę – nie ma konieczności jej przerywania i wymiany elementu, co spowodowałoby kilkugodzinny „przestój” (czas konieczny na zapowietrzenie spektrometru, wymianę części i ponowne uruchomienie próżni). Pozostałe człony spektrometru to kwadrupolowy analizator mas i detektor (powielacz elektronów). W użytkowanym przez nas urządzeniu GC-MS analizator poprzedzony został tzw. pre-rods, czyli specjalnym prefiltrem, mającym na celu zminimalizowanie zanieczyszczenia analizatora. Przy okazji omawiania sprzętu i strony technicznej warto również wspomnieć o dwóch pompach, które umożliwiają pracę jednostki MS – służą do wytworzenia próżni. Jest to pompa turbomolekularna, znajdująca się wewnątrz spektrometru oraz pomocnicza pompa rotacyjna (olejowa).

Oprogramowanie sterujące urządzeniem to GCMSsolution, wersja 4, na które składają się programy: GCMS Real Time Analysis, GCMS Postrun Analysis, GCMS Analysis Editor oraz GCMS Browser. Oprogramowanie to umożliwia pełną kontrolę zestawu, tworzenie metod analitycznych, zbieranie oraz obróbkę danych: przeszukiwanie bibliotek, analizę jakościową i ilościową. Uruchomieniem/wyłączeniem zestawu, konfiguracją systemu, a także wykonywaniem analiz steruje się za pomocą pierwszego z programów Real Time Analysis. Do wyboru mamy trzy metody prowadzenia pomiarów: w trybie Scan, SIM i FASST (jednoczesny pomiar Scan/SIM). Czułość i wykrywalność spektrometru mas przy zastosowaniu trybu Scan są porównywalne do tradycyjnych detektorów, w tym przypadku detektor jest nieselektywny i czuły na wszystkie składniki analizowanej mieszaniny. Jednakże tryb SIM (selected ion monitoring), czyli monitorowanie tylko wybranych jonów, znacznie poprawia czułość, umożliwiając uzyskanie niższych granic wykrywalności i oznaczalności. Oprogramowanie GCMSsolution umożliwia proste przejście ze Scanu w SIM, gdyż istnieje opcja automatycznego tworzenia tabeli SIM na podstawie pliku analizy przeprowadzonej w trybie Scan (za pomocą funkcji Create SIM Table [Coast]). W ten sposób uzyskujemy gotową tabelę SIM, którą oczywiście można modyfikować, w celu uzyskania optymalnej metody ilościowej dla trybu SIM. Do tworzenia plików metody niezależnie podczas analizy (w trybie off-line) służy program Analysis Editor. Do przetwarzania danych, drukowania raportów stosuje się Postrun Analysis. Możemy tu dokonywać analizy ilościowej, jakościowej, kreować i modyfikować krzywe kalibracyjne dla sporządzonych wcześniej metod. W celu stworzenia krzywej wystarczy „złapać” i przeciągnąć na odpowiedni poziom kalibracyjny interesujący nas plik danych. Do analizowania wielu plików danych można wykorzystać również program Browser. Niezależnie od tego, czy wybierzemy część Postrun czy Browser oprogramowania, mamy wiele możliwości przy modyfikacji krzywej, np. możemy zastosować wagi (1/C czy 1/C2), co daje lepsze wyniki analiz przy niskich stężeniach. O czym warto pamiętać przy pracy z urządzeniem GC-MS? Oczywiście o sprawdzaniu przecieków i strojeniu przyrządu. Te dwa elementy kontroli pozwalają na bieżąco wykrywać wszelkie nieprawidłowości w działaniu zestawu, które mogą nie dawać komunikatów o błędach w programie Real Time. Podczas strojenia warto zwrócić szczególną uwagę na wartość napięcia na detektorze (nie powinna przekraczać 2 kV!) oraz stosunek intensywności piku m/z o wartości 69 (pochodzącego od wzorca) do piku 28 (od azotu). Wszelkie odstępstwa mogą świadczyć o przecieku na granicy połączenia chromatografu ze spektrometrem, przecieku przez przednie drzwi źródła jonów, bądź o zanieczyszczeniu źródła jonów, co powinno być jak najszybciej wyeliminowane. Jakie dodatkowe zalety posiada urządzenie GCMS-QP2020? Krótki czas chłodzenia chromatografu gazowego zastosowanego w zestawie, co oczywiście przekłada się na skrócenie czasu potrzebnego na przeanalizowanie próbki. Według zapewnień producenta zejście z temperatury 450 do 50 °C zajmuje poniżej 3,4 min, co zostało osiągnięte dzięki systemowi dwóch wentylatorów double jet. Dodatkowym atrybutem jest tryb Eco Mode, który pozwala zredukować zużycie energii, czyli gazu nośnego (He), zmniejszając koszty eksploatacji.

Podsumowując, GCMS-QP2020 jest nowoczesnym sprzętem dającym szerokie możliwości analityczne. W naszym laboratorium chcemy wykorzystać urządzenie do oznaczania lotnych związków organicznych (m. in. trihalometany, trichloroeten i terachloroeten), ale… to dopiero początek. A na koniec wpisu przedstawiamy krzywą kalibracyjną i odczyt dla wzorca sprawdzającego jednego z analizowanych związków.

Na rysunku obok przedstawiona jest krzywa kalibracyjna dla tetrachloroetenu. Krzywa ta sporządzona została dla 9 poziomów stężeń: 5, 10, 20, 50, 100, 200, 300, 500, 1000 µg/l, z zastosowaniem wagi 1/C. Pola powierzchni pików wyznaczone na podstawie chromatogramów uzyskanych dla analiz przeprowadzonych w następujących warunkach:

  • chromatograf gazowy
  1. temperatura dozownika 250 °C
  2. program temperaturowy kolumny
  • temperatura początkowa kolumny 35 °C
  • czas utrzymywania temperatury początkowej: 2 min
  • narost temperatury kolumny od 35 °C do 55 °C z szybkością 10 °C/min
  • czas utrzymywania temperatury 55 °C: 0 min
  • narost temperatury kolumny od 55 °C do 195 °C z szybkością 20 °C
  • czas utrzymywania temperatury 195 °C: 1 min
  1. kolumna typu ZB-5MSplus: długość 30 m, średnica 0,25 mm, grubość filmu 0,25 µm
  2. przepływ gazu na kolumnie: liniowy
  3. stosunek rozdziału: 1:20
  4. objętość dozowana: 1µl
  • spektrometr mas
  1. temperatura źródła jonów 200 °C
  2. temperatura łącznika 220 °C
  3. czas włączenia filamentu po zadozowaniu: 2 min
  4. napięcie na detektorze: w odniesieniu do wyników strojenia źródła, wzmocnione 0,5 kV
  5. tryb pracy: SIM
  6. monitorowane jony:
  • 2,10 do 2,96 min – m/z o wartościach: 83,00, 85,00, 47,00, 97,00, 99,00, 61,00, 64,00, 49,00, 117,00, 119,00, 121,00
  • 2,96 do 4,07 min – m/z o wartościach: 130,00, 132,00, 95,00, 83,00, 85,00, 47,00
  • 4,07 do 5,46 min – m/z o wartościach: 127,00, 129,00, 131,00, 166,00, 164,00
  • 5,46 do 12,00 min – m/z o wartościach: 173,00, 171,00, 174,85

(konieczność monitorowania tylu jonów wynika z faktu oznaczania jednocześnie jeszcze 8 związków oprócz tetrachloroetenu).

Poniżej przedstawiony jest wynik analizy dla wzorca sprawdzającego o stężeniu 40 µg/l.

Na rysunku znajduje się fragment chromatogramu od 4,07 do 5,46 min, podczas którego monitorowanych jest 5 jonów, 3 wybrane jako charakterystyczne dla tetrachloroetenu (166, 164, 131), 3 dla związku eluującego z kolumny tuż przed tetrachloroetenem – dibromochlorometanu (127, 129, 131). W programie GCMSsolution istnieje również okno, w którym widzimy tylko 3 wartości m/z dla interesującego nas związku, dzięki czemu łatwo można ‘obrobić’ chromatogram i otrzymać dane bardziej dokładne i precyzyjne:

Błąd względny oznaczenia wzorca wynosi poniżej 1%, co przy analizowaniu niskich stężeń dla zastosowanego dość szerokiego zakresu krzywej, jest wystarczająco satysfakcjonujące. GC-MS umożliwia zatem otrzymywanie dokładnych i precyzyjnych wyników, a w połączeniu z odpowiednią metodą przygotowania próbek pozwala oznaczać śladowe ilości szkodliwych substancji w wodach, glebach otaczającego nas środowiska.

Agnieszka Mańka

 

 

3 Comments

Komentarze

Twój adres email nie zostanie opublikowany.