Kvantitativ detektering av spår Explosiva ångor genom Programmerad Temperatur Desorption gaskromatografi-Electron Capture Detector
Summary
Trace explosiva ångor av TNT och RDX samlats på absorberande fyllda termisk desorption rören analyserades med hjälp av en programmerad temperatur desorption systemet kopplat till GC med en elektroninfångningsdetektor. Den instrumentella analysen kombineras med direkt vätske nedfall metod för att minska prov variabilitet och kontot för instrumentering avdrift och förluster.
Abstract
Den direkta flytande nedfall av lösningsstandarder på absorberande fyllda termisk desorption rör används för kvantitativ analys av spår explosiva ång prover. Den direkta flytande nedfall metod ger en högre trohet mellan analysen av ånga prov och analysen av lösnings standarder än att använda separata injektionsmetoder för ångor och lösningar, det vill säga prover som samlats in på ånga uppsamlingsrören och standarder som utarbetats i lösningsflaskor. Dessutom kan metoden redovisa instrumentering förluster, vilket gör den idealisk för att minimera variabilitet och kvantitativ spår kemiska upptäckt. Gaskromatografi med en elektroninfångningsdetektor är en instrumentkonfiguration känslig för nitro energetik, såsom TNT och RDX, på grund av deras relativt höga elektronaffinitet. Det är emellertid svårt utan viabla ångformiga standarder ånga kvantifiering av dessa föreningar. Därmed eliminerar vi kravet på ång normer genom att kombinerakänslighet instrumentering med en direkt vätske nedfall protokollet för att analysera spår explosiva ång prover.
Introduction
Gaskromatografi (GC) är en central instrumentella analysteknik för analytisk kemi och är utan tvekan så allestädes närvarande som en värmeplatta eller balans i ett kemilaboratorium. GC instrument kan användas för beredning, identifiering och kvantifiering av en mängd kemiska föreningar och kan kopplas till en mängd olika detektorer, såsom eld jonisering detektorer (FID), foto-jonisering detektorer (PID), termiska ledningsdetektorer ( TCDs), elektroninfångnings detektorer (ECDS) och masspektrometrar (MS), beroende på de analyter, metod och tillämpning. Prover kan införas genom en vanlig split / splitless inlopp vid arbete med små provlösningar, specialiserade headspace analys vikar, fast fas mikro-extraktion (SPME) sprutor, eller termisk desorption system. GC-MS är ofta standardiserad teknik använd på validering och verifiering tillämpningar av alternativa eller nya, detekteringsteknik på grund av dess användbarhet, flexibilitet,och identifiering makt med etablerade kemiska databaser och bibliotek. 1 – 7 GC och dess tillhörande provtagning och upptäcka komponenter är idealisk för rutinmässig kemisk analys och mer specialiserad, utmanande analytiska applikationer.
En analytisk tillämpning av ökande intresse för militära, Homeland Security, och kommersiella företag är spåra explosiva ång upptäckt, med detektering inklusive identifiering och kvantifiering. Trace explosiva ång upptäckt är en unik analytisk kemi utmaning eftersom analyterna, till exempel 2,4,6-trinitrotoluen (TNT) och cyklotrimetylentrinitramin (RDX) har fysiska egenskaper som gör dem särskilt svåra att hantera och separat med hjälp av bredare, mer allmänna kemisk analys metoder. Den relativt låga ångtryck och sub delar per miljon i volym (ppm v) mättad ångkoncentration, i kombination med en relativt hög klubba koefficienter, necessitåt speciella provtagningsprotokoll, instrumentering och kvantifiering metoder 8 -. 12 A GC kopplad till en elektroninfångningsdetektor (ECD) eller masspektrometer (MS) är en effektiv metod för kvantifiering explosiva analyter, speciellt dinitrotoluen (DNT), TNT och RDX . 6,13 – 17 GC-ECD är särskilt användbar för nitro-energisk föreningar på grund av deras förhållandevis hög elektronaffinitet. US Environmental Protection Agency (EPA) har skapat standardmetoder för explosiva analyt upptäckt med hjälp av GC-ECD och GC-MS, men dessa metoder har fokuserat på prov i lösning, såsom grundvatten, och inte prov som tagits i gasfas. 2 , 18 – 23 För att upptäcka explosiva ångor, alternativa provtagningsprotokoll får användas, till exempel ånga samling med absorberande fyllda termisk desorption provrör, men kvantitativ detektion fortfarande svårt på grund av brist på ånga standarder ennd kalibreringsmetoder som inte tar hänsyn till provröret och instrumentering förluster.
Nyligen har kvantifiering metoder med hjälp av termisk desorption system med en kyld systemet inlopp (TDS-CIS), kopplad till en GC-ECD utvecklats för TNT och RDX ångor. 24,25 Förlusterna i samband med TDS-CIS-GC-ECD instrumentering för spår explosiva ångor karakteriserades och redovisas i t.ex. kalibreringskurvorna med hjälp av en direkt vätskedeponeringsmetod på absorberande fyllda termisk desorption provrör. Dock fokuserade litteraturen om instrumentering karakterisering och metodutveckling men explosiva ångor aldrig samplade, analyseras, eller kvantifieras, enda lösningen standarder. Häri ligger fokus på protokoll för provtagning och kvantifiering explosiva ångor. Protokollet och metod kan utvidgas till andra analyter och spår explosiva ångor, såsom pentaerytritoltetranitrat (PETN).
Protocol
Representative Results
Discussion
Reproducerbarhet är en viktig egenskap för kvantifiering av spår explosiva ångor genom att använda direkt vätskedeponeringsmetoden med TDS-CIS-GC-ECD instrumentering, och relativ standardavvikelse (RSD) används ofta som ett mått för reproducerbarhet. Vi har upplevt rsds för inter-och intra-prov reproducerbarhet på cirka 5% för TNT och 10% för RDX. Varje RSD över 15% används som en indikator för att kontrollera vanliga källor till variation som försämrar effekten av protokollet. Källor till variation …
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ekonomiskt stöd gavs av Department of Homeland Security Vetenskap och direktoratet Technology.
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments/Description |
| 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 | 1000 ng μL-1 |
| Tenax® TA Vapor Sample Tubes | Gerstel | 009947-000-00 | Tenax® 60/80 |
| CIS4 Liner | Gerstel | 014652-005-00 | |
| Transfer Line Ferrule | Gerstel | 001805-008-00 | |
| Inlet Liner Ferrule | Gerstel | 001805-040-00 | |
| CIS4 Ferrule | Gerstel | 007541-010-00 | |
| ECD Detector Ferrule | Aglient | 5181-3323 | |
| DB5-MS Column | Res-Tek | 12620 |
Riferimenti
- McLafferty, F. W., Stauffer, D. B., Twiss-Brooks, A. B., Loh, S. Y. An enlarged data base of electron-ionization mass spectra. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2 (5), 432-437 (1991).
- Psillakis, E., Kalogerakis, N. Application of solvent microextraction to the analysis of nitroaromatic explosives in water samples. Journal of Chromatography A. 907 (1-2), 211-219 (2001).
- Babushok, V. I., Linstrom, P. J., et al. Development of a database of gas chromatographic retention properties of organic compounds. Journal of Chromatography A. 1157 (1-2), 414-421 (2007).
- National Institute of Standards and Technology. . NIST/EPA/MSDC Mass Spectral Database, Standard Reference Database 1 (NIST 08). , (2008).
- Stein, S. E., Pierre, A., Lias, S. G. Comparative evaluations of mass spectral databases. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2 (5), 441-443 (1991).
- Sigman, M. E., Ma, C. -. Y., Ilgner, R. H. Performance Evaluation of an In-Injection Port Thermal Desorption/Gas Chromatographic/Negative Ion Chemical Ionization Mass Spectrometric Method for Trace Explosive Vapor Analysis. Analytical Chemistry. 73 (4), 792-798 (2001).
- Ausloos, P., Clifton, C., et al. The critical evaluation of a comprehensive mass spectral library. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 10 (4), 287-299 (1999).
- Dionne, B. C., Rounbehler, D. P., Achter, E. K., Hobbs, J. R., Fine, D. H. Vapor Pressure of Explosives. Journal of Energetic Materials. 4 (1), 447-472 (1986).
- Ewing, R. G., Waltman, M. J., Atkinson, D. A., Grate, J. W., Hotchkiss, P. J. The vapor pressures of explosives. TrAC Trends in Analytical Chemistry. 42, 35-48 (2013).
- Wallin, S., Ang, H. G. Vapor Pressure of Explosives: A Critical Review. Propellants, Explosives, Pyrotechnics. 37 (1), 12-23 (2012).
- Pinnaduwage, L. A., Yi, D., Tian, F., Thundat, T., Lareau, R. T. Adsorption of Trinitrotoluene on Uncoated Silicon Microcantilever Surfaces. Langmuir. 20 (7), 2690-2694 (2004).
- Moore, D. S. Instrumentation for trace detection of high explosives. Review of Scientific Instruments. 75 (8), 2499-2512 (2004).
- Douse, J. M. F. Trace analysis of explosives at the low picogram level by silica capillary column gas–liquid chromatography with electron-capture detection. Journal of Chromatography A. 208 (1), 83-88 (1981).
- Douse, J. M. F. Trace analysis of explosives in handswab extracts using amberlite XAD-7 porous polymer beads, silica capillary column gas-chromatography with electron-capture detection and thin-layer chromatography. Journal of Chromatography. 234, 415-425 (1982).
- Sigman, M. E., Ma, C. -. Y. In-Injection Port Thermal Desorption for Explosives Trace Evidence Analysis. Analytical Chemistry. 71 (19), 4119-4124 (1999).
- Yinon, J., Zitrin, S. . Modern Methods and Applications in Analysis of Explosives. , (1993).
- Waddell, R., Dale, D. E., Monagle, M., Smith, S. A. Determination of nitroaromatic and nitramine explosives from a PTFE wipe using thermal desorption-gas chromatography with electron-capture detection. Journal of Chromatography A. 1062 (1), 125-131 (2005).
- Hable, M., Stern, C., Asowata, C., Williams, K. The determination of nitroaromatics and nitramines in ground and drinking water by wide-bore capillary gas chromatography. Journal of Chromatographic Science. 29 (4), 131-135 (1991).
- Yinon, J. Trace analysis of explosives in water by gas chromatography–mass spectrometry with a temperature-programmed injector. Journal of Chromatography A. 742 (1-2), 205-209 (1996).
- Walsh, M. E. Determination of nitroaromatic, nitramine, and nitrate ester explosives in soil by gas chromatography and an electron capture detector. Talanta. 54 (3), 427-438 (2001).
- Field, C. R., Lubrano, A. L., Rogers, D. A., Giordano, B. C., Collins, G. E. Direct Liquid Deposition Calibration Method for Trace Cyclotrimethylenetrinitramine Using Thermal Desorption Instrumentation. Journal of Chromatography A. 1282, 178-182 (2013).
- Field, C. R., Giordano, B. C., Rogers, D. A., Lubrano, A. L., Rose-Pehrsson, S. L. Characterization of Thermal Desorption Instrumentation with a Direct Liquid Deposition Calibration Method for Trace 2,4,6-Trinitrotoluene Quantitation. Journal of Chromatography A. 1227, 10-18 (2012).
- Excoffier, J. L., Guiochon, G. Automatic peak detection in chromatography. Chromatographia. 15 (9), 543-545 (1982).
- Vivó-Truyols, G., Torres-Lapasió, J. R., van Nederkassel, A. M., Vander Heyden, Y., Massart, D. L. Automatic program for peak detection and deconvolution of multi-overlapped chromatographic signals: Part I: Peak detection. Journal of Chromatography A. 1096 (1-2), 133-145 (2005).
- Vivó-Truyols, G., Torres-Lapasió, J. R., van Nederkassel, A. M., Vander Heyden, Y., Massart, D. L. Automatic program for peak detection and deconvolution of multi-overlapped chromatographic signals: Part II: Peak model and deconvolution algorithms. Journal of Chromatography A. 1096 (1-2), 146-155 (2005).
- Fong, S. S., Rearden, P., Kanchagar, C., Sassetti, C., Trevejo, J., Brereton, R. G. Automated Peak Detection and Matching Algorithm for Gas Chromatography−Differential Mobility Spectrometry. Analytical Chemistry. 83 (5), 1537-1546 (2011).
- Hargrove, W. F., Rosenthal, D., Cooley, P. C. Improvement of algorithm for peak detection in automatic gas chromatography-mass spectrometry data processing. Analytical Chemistry. 53 (3), 538-539 (1981).
- Middleditch, B. S. . Analytical Artifacts GC, MS, HPLC, TLC and PC. 44, (1989).
