Détection quantitative des traces de vapeurs explosives par désorption à température programmée gaz Détecteur à capture d'électrons-chromatographie
Summary
Tracer des vapeurs explosives de TNT et RDX recueillies sur des tubes de désorption thermique sorbant remplis ont été analysés en utilisant un système de désorption programmée en température couplé au CA avec un détecteur à capture d'électrons. L'analyse instrumentale est combiné avec la méthode de dépôt direct de liquide pour réduire la variabilité de l'échantillon et compte de la dérive et des pertes instrumentation.
Abstract
Le dépôt direct du liquide de la solution sur les normes de désorption thermique des tubes remplis de sorbant est utilisé pour l'analyse quantitative des oligo-échantillons de vapeurs explosives. Le procédé de dépôt direct de liquide donne une plus grande fidélité entre l'analyse des échantillons de vapeur et l'analyse des conditions de solution que d'utiliser des méthodes d'injection séparés pour les vapeurs et les solutions, à savoir, les échantillons prélevés sur les tubes et les normes de collecte de vapeur préparées dans des flacons de solution. En outre, la méthode peut tenir compte des pertes d'instrumentation, ce qui le rend idéal pour minimiser la variabilité et la détection quantitative trace chimique. Chromatographie en phase gazeuse avec un détecteur à capture d'électrons est une configuration d'instruments sensibles aux nitro-énergétique, telles que le TNT, RDX et du fait de leur affinité relativement élevée d'électrons. Cependant, la quantification de ces composés en phase vapeur est difficile sans normes de vapeur viables. Ainsi, nous éliminons la nécessité de normes de vapeur en combinantla sensibilité de l'instrumentation à un protocole de dépôt direct de liquide à analyser des échantillons de vapeur traces d'explosifs.
Introduction
chromatographie en phase gazeuse (GC) est un noyau analyse instrumentale technique de chimie analytique et est sans doute aussi omniprésent que une plaque chauffante ou l'équilibre dans un laboratoire de chimie. GC instrumentation peut être utilisé pour la préparation, l'identification et la quantification d'une multitude de composés chimiques et peut être couplé à une variété de détecteurs tels que des détecteurs à ionisation de flamme (FID), les détecteurs à photo-ionisation (PID), des détecteurs de conductivité thermique ( TCD), les détecteurs à capture d'électrons (ECD), et des spectromètres de masse (MS), selon les analytes, la méthodologie et l'application. Les échantillons peuvent être introduits par une entrée split / splitless norme lorsque vous travaillez avec des solutions de petits échantillons, spécialisés entrées d'analyse d'espace de tête, phase solide micro-extraction (SPME) seringues, ou des systèmes de désorption thermique. GC-MS est souvent la technique standard utilisée de validation et de vérification des applications de techniques alternatives ou émergents, détection en raison de son utilité, la flexibilité,et la puissance de l'identification avec les bases de données établies chimiques et des bibliothèques 1 -. 7 GC et son échantillonnage et composants connexes détection est idéal pour l'analyse chimique de routine et plus spécialisée, contestant les applications analytiques.
Une demande d'analyse de l'intérêt croissant pour militaire, la sécurité intérieure, et des entreprises commerciales est oligo-détection d'explosifs de vapeur, avec détection, y compris l'identification et la quantification. Trace détection d'explosifs de vapeur est un défi de chimie analytique unique parce que les analytes, tels que le 2,4,6-trinitrotoluène (TNT) et cyclotriméthylènetrinitramine (RDX) ont des propriétés physiques qui les rendent particulièrement difficile à manipuler et séparé en utilisant plus large plus générique analyse, chimique méthodologies. La pression de vapeur relativement faibles et sous (ppm v) la concentration de vapeur saturée parties par million en volume, combinée avec des coefficients relativement élevés de friction, necessitmangé des protocoles spéciaux d'échantillonnage, l'instrumentation et les méthodes de quantification 8 – 12. Un GC couplé à un détecteur électronique de capture (DPE) ou spectromètre de masse (MS) est une méthode efficace pour quantifier les analytes explosifs, en particulier dinitrotoluène (DNT), TNT, et RDX . 6,13 – 17 GC-ECD est particulièrement utile pour les composés nitro-énergétique en raison de leur affinité relativement élevée d'électrons. L'Environmental Protection Agency (EPA) américaine a créé des méthodes standard pour la détection d'explosifs de l'analyte par CG-ECD et GC-MS, mais ces méthodes ont porté sur des échantillons en solution, tels que l'eau du sol, et non pas les échantillons prélevés dans la phase vapeur. 2 , 18 – 23 Afin de détecter des vapeurs explosives, les protocoles d'échantillonnage alternatives doivent être utilisées, telles que la collecte de la vapeur avec des tubes d'échantillons de désorption thermique absorbants rempli, mais la détection quantitative reste difficile en raison de l'absence de normes de vapeur unnd méthodes d'étalonnage qui ne tiennent pas compte des tubes d'échantillon et d'instrumentation pertes.
Récemment, des méthodes de quantification en utilisant des systèmes de désorption thermique d'un système refroidi d'entrée (TDS-CIS), couplé à un GC-ECD ont été développés pour la TNT et RDX vapeurs. 24,25 Les pertes liées à l'instrumentation TDS-CIS-GC-ECD pour trace vapeurs explosives ont été caractérisés et représentaient en exemple les courbes d'étalonnage en utilisant un procédé de dépôt de liquide directement sur les tubes d'échantillons de désorption thermique absorbants rempli. Cependant, la littérature a porté sur la caractérisation de l'instrumentation et le développement de la méthode, mais jamais réellement échantillonnés, analysés ou quantifiés vapeurs explosives, seules les normes de solutions. Ici, l'accent est mis sur le protocole d'échantillonnage et de quantification des vapeurs explosives. Le protocole et la méthodologie peuvent être étendus à d'autres analytes et d'oligo-vapeurs explosives, comme le pentaérythritol (PETN).
Protocol
Representative Results
Discussion
La reproductibilité est un attribut essentiel pour la quantification de vapeurs explosives de traces à l'aide de la méthode de dépôt liquide directe avec TDS-CIS-GC-ECD instrumentation, et écart-type relatif (RSD) est souvent utilisé comme un indicateur de la reproductibilité. Nous avons connu DSR pour inter-et intra-reproductibilité des échantillons d'environ 5% pour TNT et 10% pour le RDX. Toute RSD-dessus de 15% est utilisé comme un indicateur de vérifier les sources communes de variation qui réd…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Le soutien financier a été fourni par le Department of Homeland Security des sciences et de la technologie.
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 |
Referenzen
- 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).
