การวิเคราะห์หาสารกลุ่ม Ozone Precursors และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย VOCs ในอากาศด้วยเทคนิค Thermal Desorption–Gas Chromatography Mass Spectrometry/Flame Ionozation Detector (TD-GC-MS/FID)

บทนำ

     วิธีตรวจสอบสารกลุ่ม Ozone Precursor : Photochemical Assessment Monitoring Scheme (PAMS) ซึ่งเป็นสารประกอบในบรรยากาศที่สามารถทำปฏิกิริยากับแสงแล้วก่อเป็นสารพิษ รวมถึงการวิเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ระเหยง่าย (Volatile Organic Compounds, VOCs) ในอากาศตามมาตรฐานการวิเคราะห์

     - EPA Air Method, Toxic Organics-15 (TO-15)

     - Chinese EPA Method HJ 759

     - Chinese Environmental Air Volatile Organic Compound Monitoring Program (EA-VOC-MP)

   สามารถทำการวิเคราะห์ได้โดยใช้เทคนิค Thermal Desorption Gas Chromatography Mass Spectrometry/Flame Ionization Detector (TD-GC-MS/FID) ซึ่งเป็นเทคนิคที่สามารถวิเคราะห์สารก่อพิษได้มากถึง 117 สารภายในระยะเวลา 60 นาที

รูปที่ 1 Canister สำหรับเก็บตัวอย่าง

เครื่องมือและอุปกรณ์

1. มีถังเก็บตัวอย่าง (รูปที่ 1)
2. เครื่องเครื่อง Thermal Desorption พร้อมระบบกำจัดความชื้น
3. เครื่อง GC-MS/FID (Deans Switch for Dual-column)

วิธีการ

รูปที่ 2 ระบบการวิเคราะห์ด้วยเทคนิค TD-GC-MS/FID

1. ตัวอย่าง 0.5 มิลลิลิตรจากถังเก็บตัวอย่างเข้าสู่ระบบผ่าน Loop และเติมสารมาตรฐาน (Internal Standard Addition)
2. กำจัดความชื้นออกจากตัวอย่างก่อนเข้าสู่ Focusing trap ของเครื่อง Thermal Desorption ด้วยระบบ กำจัดความชื้นที่ไม่จำเป็นต้องใช้ไนโตรเจนเหลวหรือคาร์บอนไดออกไซค์เหลว
3. ตัวอย่างใน Focusing trap ถูกให้ความร้อนอีกครั้งและเข้าสู่เครื่อง GC-MS/FID เพื่อวิเคราะห์ ซึ่งแยกเป็น 2 คอลัมน์สำหรับการวิเคราะห์

            3.1 สำหรับวิเคราะห์สารประกอบ C2 และ C3 ด้วยตัวตรวจวัดชนิด FID

            3.2 สำหรับวิเคราะห์สารประกอบอื่นนอกเหนือจาก C2 และ C3 ด้วยตัวตรวจวัดชนิด MS

ผลการวิเคราะห์

1. การปรับ Deans Switch เพื่อให้เกิดการแยกสารประกอบ C2 และ C3 และวิเคราะห์ด้วยตัวตรวจวัดชนิด FID สามารถแยกพีก Ethene, Acetylene Ethane Propene และ Propane ออกจากกันได้ดังดังแสดงในรูปที่ 3

รูปที่ 3 โครมาโทแกรมแสดงการแยกของสารประกอบไฮโตรคาร์บอน C2 และ C3

2. การวิเคราะห์ด้วยระบบ TD-GCMS/FID สามารถวิเคราะห์ทั้ง 117 สารประกอบได้ภายในเวลา 60 นาทีและสามารถวิเคราะห์ได้ต่อเนื่องโดยที่ระหว่างการวิเคราะห์ตัวอย่างแรกตัวอย่างถัดไปก็จะเตรียมวิเคราะห์ต่อได้ในทันทีแบบอัตโนมัติ
3. ค่าความเป็นเส้นตรงของการวิเคราะห์ (Linearity) ของสารมาตรฐานความเข้มข้น เข้มข้น 1.25, 2.5, 5.0, 7.5, 10 และ 15 ppb. มีค่า R² > 0.995 ดังแสดงในรูปที่ 4

 รูปที่ 4 กราฟควาสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นและขนาดสัญญาณที่ตรวจวัดได้ของสารประกอบที่เลือก

4. ค่าการตรวจวิเคราะห์ซ้ำ (Reproducibility) โดยดูจาก Retention Time ของตัวอย่าง 16 ซ้ำ ให้ค่า %RSD อยู่ในช่วง 0.035 - 0.17%
5. ค่าการปนเปื้อนจากกการวิเคราะห์ก่อนหน้า (Carryover and blank level) โดยฉีดสารมาตรฐานที่มีความเข้มข้น 20 ppb. แล้วตามด้วยการฉีดไนโตรเจนบริสุทธิ์ ค่าที่ตรวจพบ < 0.4 ppb หรือไม่พบเลย
6. ค่าต่ำสุดของการวิเคราะห์ (Method Detection Limits) ส่วนที่ทดสอบทำ 13 ซ้ำของสารประกอบ PAMS ได้ค่าเฉลี่ย 0.052 ppb.

สรุป

      วิธีการนี้จะตรวจสอบสารกลุ่ม Ozone Precursors และสารประกอบอินทรีย์ระเหยง่ายในอากาศด้วยเทคนิค TD-GC-MS/FID ที่สามารถวิเคราะห์สารได้มากถึง 117 สารประกอบในการวิเคราะห์คราวเดียวกัน  และสามารถวิเคราะห์ได้ทั้งเชิงปริมาณ  และเชิงคุณภาพ  อีกทั้งยังเป็นเทคนิคที่มีความว่องไวสูง มีความแม่นยำในการวิเคราะห์ และเป็นวิธีที่ตรวจวิเคราะห์โดยอ้างอิงตามมาตรฐานการวิเคราะห์ด้านสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

รูปที่ 5 เครื่อง Thermal Desorption พร้อมระบบกำจัดความชื้นในตัวอย่าง ยี่ห้อ Markes รุ่น CIA Advantage–Kori–UNITY-xr