A MEPS (Microextraction by Packed Sorbent) minta-előkészítési módszer alkalmazása környezeti vízminták GC-MS áttekintésében

Átírás

1 A MEPS (Microextraction by Packed Sorbent) minta-előkészítési módszer alkalmazása környezeti vízminták GC-MS áttekintésében Novák Márton Környezettudomány MSc Témavezető: Dr. Eke Zsuzsanna 2011

2 A GC-MS áttekintés takarékossági és környezetvédelmi szempontok GC-MS áttekintés félkvantitatív módszer cél előválogatás GC-MS áttekintés univerzális SIM SCAN minta-előkészítési eljárás kvantitatív nincs analízis vizsgálat diklórmetános (DCM) folyadék-folyadék extrakció (LLE)

3 Célkitűzések LLE helyettesítése ~ környezettudatos eljárással: MEPS (Microextraction by Packed Sorbent) módszerfejlesztés során fenolok MEPS-es extrahálása megfelelő határértékek elérése

4 A MEPS (Microextraction by Packed Sorbent) Tömítés Minta Szűrőbetét Fecskendő Tű Záró gyűrű MEPS töltet (C2, C8, C18, SCX, SIL)

5 A MEPS (Microextraction by Packed Sorbent) II. A módszer előnyei: + alacsony mintaigény + alacsony oldószerigény + időtakarékos + automatizálható + szorbens többször használható MEPS LLE Mintaigény 1-20 ml 500 ml Oldószerigény 0,6 ml 100 ml Időigény perc 2-3 óra Költség $ $$$$$ Automatizálás

6 A nagytérfogatú injektálás kapilláris GC split/splitless injektálás 1-5 μl injektálható MEPS eluálás (min μl) elúció ~ injektálás speciális megoldások legsokoldalúbb PTV injektor használt üzemmód: oldószer lefúvatás vezérelt sebességű injektálás

7 A használt készülék Agilent 6890 gázkromatográf Agilent 5973 tömegspektrométer CTC COMBI PAL automata mintaadagoló Peltier hűtéssel ellátott Gerstel CIS 4 PTV injektor

8 A módszerfejlesztés célkomponensei A módszer fejlesztéséhez szűkebb célkomponens csoport A válogatás szempontja: összes fenol vegyület minél jobb reprezentálása (szerkezeti + kémiai tulajdonságaikban - vízoldhatóság, polaritás, forráspont) CAS M forráspont vízoldhatóság (g/mol) ( 0 C) (g/l) log K ov pk a fenol ,7 80 1,50 9,99 2-klórfenol ,9 28,5 2,15 8,55 2-krezol ,98 10,31 2-nitrofenol ,77 7,21 2,4-dimetilfenol ,35 10,6 2,4-diklórfenol ,5 3,17 7,85 2,4,6-triklórfenol ,8 3,69 7,42 2,4-dinitrofenol ,53 4,09 2,3,4,6-tetraklórfenol ,45 5,40 pentaklórfenol ,02 5,18 4,93

9 A nagytérfogatú injektálás optimálása I. fenolok eluálása: etil-acetát (EtOAc) és diklórmetán (DCM) optimálandó paraméterek: 1. Injektor kiindulási T: DCM:10 0 C (fp.=40 0 C) EtOAc: 30 0 C (fp.=76,5-77,5 0 C) 2. Fejnyomás a lefúvatás alatt: stop flow beállítás ~ légköri nyomás 3. Injektor felfűtési sebessége: 12 0 C/s 4. Lefúvatás sebessége: 5. Injektálás sebessége: =>kiindulási alap megállapítása: DCM: 120 ml/perc 1,33 μl/s EtOAc: 120 ml/perc 1,00 μl/s A beállításoknál jelentős csúcstorzulások túl sok oldószer kerül az oszlopra

10 A nagytérfogatú injektálás optimálása II. a probléma megoldására: kétlépcsős lefúvatás második lépcső CIS - T első lépcső injektor kiindulási T split lefúvatás (1. lefúvatás) split szelep zár, első felfűtés lefúvatás az oszlopon keresztül (2. lefúvatás) IDŐ komponensek átvitele az oszlopra második felfűtés első lépcső-t: ~oldószer fp.-ja közelében DCM: 40 0 C EtOAc: 75 0 C 2. lefúvatás ideje: DCM és EtOAc: 3 perc második lépcső-t: DCM és EtOAc: C

11 Visszanyerés (%) A nagytérfogatú injektálás optimálása III. 260,0 240,0 DCM 220,0 200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 1,33 µl/s 1,38 µl/s 1,43 µl/s 1,48 µl/s 1,53 µl/s 20,0 0,0 v injektálás optimálása: DCM: 1,48 μl/s (120ml/perc)

12 Visszanyerés (%) A nagytérfogatú injektálás optimálása IV EtOAc µl/s 1,05 µl/s 1,10 µl/s 1,15 µl/s 20 0 v injektálás optimálása: EtOAc: 1,15 μl/s (120ml/perc) 1,05 μl/s az ideális

13 A nagytérfogatú injektálás optimálása V. v lefúvatás optimálása: 80, 100, 120, 140, 160 ml/perc DCM: 120 ml/perc ideális EtOAc: 120 ml/perc ideális A b u n d a n c e T I C : E T O A C _ O P T I M A L A S 2. D EtOAc 1,05 µl/s; 120 ml/perc A b u n d a n c e T I C : D C M _ O P T I M A L A S _ 4. D DCM 1,48 µl/s; 120 ml/perc T i m e - - > T im e --> A b u n d a n c e T I C : v e n t f l o w _ D EtOAc 1,05 µl/s; 160 ml/perc A b u n d a n c e DCM 1,48 T I C µl/s; : v e n t f lo w 80 _ D Cml/perc M _ 8 0. D T i m e - - > T im e -->

14 A MEPS optimálása a megfelelő szorbens és eluens TÖLTET C8 ELUENS: extrakció 1,5 ml 500 µg/l vízmintából, 60*100 μl - V felsz = 10 μl/s eluálás 100 µl DCM-el és EtOAc-al, 5 párhuzamos mérés - V felsz = 2 μl/s Csúcsterület milliárd 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 DCM EtOAc DCM nitrofenolok fenol nagyobb szórás EtOAc nagyobb csúcsterületek kisebb szórás EtOAc a megfelelő

15 visszanyerés (%) A MEPS optimálása a töltet vízmentesítése mérés: a töltet vizes mosása, 100 µl 1 mg/l standard oldat eredmények: alacsony visszanyerések + magas szórás ok: V eluens reprodukálhatatlan megoldás: 20*100 μl levegő átszívatása, v felsz = 20 μl/s, extrakció - elúció vízmentesítés nélkül levegő átszívatás szórás csökken + visszanyerés nő

16 A MEPS optimálása a töltet mosása, kondícionálása kondícionálás: MeOH + deszt. víz, 5*100 μl 100 μl MeOH mosás: takarékosság, memóriaeffektus mérés: 200 µg/l vízminta, újabb 100 μl EtOAc 4-es beállítás~valós vízminták mátrixtartalma nagyobb mosó oldószer igény A módszer takarékos és hatékony kondicionálás mintafelvitel előtt mosás injektálás után felhasznált oldószer MeOH EtOAc MeOH EtOAc MeOH memória effektus µl 9 * 70 µl 9 * 70 µl 630 µl 730 µl <LOD µl 7 * 70 µl 7 * 70 µl 490 µl 590 µl <LOD µl 5 * 70 µl 5 * 70 µl 350 µl 450 µl <LOD µl 3 * 70 µl 3 * 70 µl 210 µl 310 µl <LOD µl 2 * 70 µl 2 * 70 µl 140 µl 240 µl <LOD µl 1 * 70 µl 1 * 70 µl 70 µl 170 µl <LOD µl táblázat komponens visszanyerés (%) fenol <LOD 2-klórfenol <LOD 2-krezol <LOD 2-nitrofenol <LOD 2,4-dimetilfenol <LOD 2,4-diklórfenol <LOD 2,4,6-triklórfenol 2,80 2,4-dinitrofenol <LOD 2,3,4,6-tetraklórfenol 2,48 pentaklórfenol 1,38

17 Csúcsterület milliárd A MEPS optimálása a mintafelvitel, folyamatos átpumpálás folyamatos átpumpálás megszakított átpumpálás mintamennyiség 20 ml (általában 1-2 ml; előny hátrány) átmozgatások száma: 100; 200; 300; 400; 500 ~ v felsz =10 μl/s, 50 µg/l 0,7 triklórfenol tetraklórfenol pentaklórfenol 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 A maximális kinyerés 400 időigények V felsz befolyásol cél: nagyobb sebességek Átmozgatások száma

18 A MEPS optimálása a mintafelvitel, folyamatos átpumpálás felszívási sebesség: optimálás 200, 300, 400 átmozgatás; 10, 15, 20 μl/s Átmozgatások száma Felszívási sebesség (µl/s) Szükséges idő (perc) megfigyelés folyadékfront lemarad~a töltet ellenállása V gőztér 15 és 20 μl/s-nál V minta reprodukálhatatlan jelentős hiba megoldás: V gőztér szabályozó módszer kifejlesztése V minta reprodukálható mérések: a 9 beállításnál 3 párhuzamos, 50 µg/l 20 ml

19 Csúcsterület milliárd A MEPS optimálása a mintafelvitel, folyamatos átpumpálás 15 μl/s-nál is alacsony szórások 20 μl/s csak korlátozva alkalmazható (időnyereség elvész) leghatékonyabb: 300*10 μl/s & 400*15 μl/s, de 400*15 μl/s ~10 p. nyereség 1, Csúcsterület milliárd 1, ,8 0,6 0,4 0,2 10 µl/s 15 µl/s 20 µl/s 0,8 0,6 0,4 0,2 10 µl/s 15 µl/s 20 µl/s 0 diklórfenol triklórfenol tetraklórfenol pentaklórfenol 0 diklórfenol triklórfenol tetraklórfenol pentaklórfenol Csúcsterület milliárd 1,2 1 0,8 0,6 0, µl/s 15 µl/s 20 µl/s 0,2 0 diklórfenol triklórfenol tetraklórfenol pentaklórfenol

20 A MEPS optimálása a mintafelvitel, megszakított átpumpálás Csúcsterület milliárd 1,2 1 0,8 0,6 folyamatos megszakított 0,4 0,2 0 diklórfenol triklórfenol tetraklórfenol pentaklórfenol a feldolgozható minta mennyisége a tű behatolási mélysége ~a 20 ml-ből 10,5 ml mozgatható át Az extrakció hatásfoka a folyamatos módszerrel nagyobb

21 Az optimált módszer MINTAELŐKÉSZÍTÉS INJEKTÁLÁS GC MS PARAMÉTER Fecskendő & töltet Kondicionálás Mintafelvitel Vízmentesítés Eluálás Mosás CIS T-program Injektor beállítások v inj. & v lefúvatás Oszlop Vivőgáz, v áramlási T-program Üzemmód Adatgyűjtés kezdete Transfer line-t Kvadrupol -T Ionforrás-T OPTIMÁLT BEÁLLÍTÁS 100 μl-es MEPS fecskendő; C8 5*100 μl MeOH és 5*100 μl deszt. víz 20 ml; 400*100 μl ; v felsz = 15 μl/s; V gőztér szabályozó folyamatos átpumpálás 20*100 µl levegő, 20 µl/s 100 µl EtOAc, v felsz =2 µl/s 3*70 μl EtOAc és 3*70 μl MeOH 30 0 C (1,59 perc), 12 0 C/perc 75 0 C (3 perc), 12 0 C/perc C (10 perc) stop flow (1,59 perc), splitless time (5 perc) 1,05 µl/s ml/perc DB5-MS; 30 m x 0,25 mm x 0,25 μm 5.0-ás tisztaságú He; 1,0 ml/perc 50 0 C (2 perc); 10 0 C/perc C; 6 0 C/perc C; 40 0 C/perc C (2 perc) SCAN ( AMU) 12,5 perc C C C

22 Az elérhető kimutatási határok Kimutatási határ (LOD) µg/l Vonatkozó szennyezettségi határérték * fenol krezol ,4-dimetilfenol 10-2-klórfenol ,4-diklórfenol 2 1 2,4,6-triklórfenol 1 1 2,3,4,6-tetraklórfenol 1 1 pentaklórfenol 1 0,5 2-nitrofenol 200-2,4-dinitrofenol * 6/2009 (IV. 14.) KVVM-EÜM-FVM EGYÜTTES RENDELET, 2. melléklet: Anyagcsoportonként szennyezettségi határértékek felszín alatti vizekre

23 Összefoglalás optimált nagytérfogatú injektálás DCM és EtOAc esetén MEPS fejlesztése (töltet & eluens; vízmentesítés; mosás; időigény ) az optimált módszer jellemzése: LOD értékek megállapítása tervek: MEPS alkalmazása fenolok kvantitatív analízise más vegyületcsoportok GC-MS áttekintése Az elért eredmények alapján a MEPS mintaelőkészítési eljárás korszerű, takarékos és praktikus helyettesítője lehet az eddigiekben alkalmazott technológiáknak. KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!