Kwantitatieve detectie van Trace explosieve dampen door ingestelde temperatuur desorptie gaschromatografie-Electron Capture Detector
Summary
Trace explosieve dampen van TNT en RDX verzameld op-Sorbens gevulde thermische desorptie buizen werden geanalyseerd met behulp van een geprogrammeerde temperatuur desorptie systeem gekoppeld aan GC van een electron capture detector. De instrumentele analyse wordt gecombineerd met directe depositie methode vloeistof monster variabiliteit en rekening voor instrumentatie drift en verliezen te beperken.
Abstract
De directe vloeibare afzetting van oplossing normen op-Sorbens gevuld thermische desorptie buizen wordt gebruikt voor de kwantitatieve analyse van sporen explosieve damp monsters. De directe vloeibare depositie methode levert een hogere geluidskwaliteit tussen de analyse van damp monsters en de analyse van de oplossing normen dan het gebruik van aparte injectie methoden voor dampen en oplossingen, dat wil zeggen, monsters verzameld op dampopvangsysteem buizen en normen opgesteld in oplossing flacons. Daarnaast kan de methode goed voor instrumentatie verliezen, waardoor het ideaal is voor het minimaliseren van variabiliteit en kwantitatieve trace chemische detectie maakt. Gaschromatografie met een electron capture detector is een instrumentatie configuratie gevoelig voor nitro-energetica, zoals TNT en RDX, vanwege hun relatief hoge elektronenaffiniteit. Echter, damp kwantificering van deze verbindingen is moeilijk zonder levensvatbare damp normen. Zo elimineren wij het vereiste van damp normen combinerende gevoeligheid van de instrumentatie met een directe vloeistofafzetting protocol te sporen explosieve damp te analyseren.
Introduction
Gaschromatografie (GC) is een kern instrumentele analyse techniek Analytische Chemie en is misschien wel zo alomtegenwoordig als een hete plaat of balans in een chemisch laboratorium. GC instrumenten kunnen worden gebruikt voor de bereiding, identificatie en kwantificering van een veelheid van chemische verbindingen en kunnen worden gekoppeld aan verschillende detectoren, zoals vlamionisatie-detector (FID), foto-ionisatie detector (PID), thermische geleidbaarheid detectoren ( tans), electron capture detector (ECD), en massaspectrometers (MS), afhankelijk van de analyten, methodologie en toepassing. Monsters kunnen worden ingevoerd via een standaard split / splitless inlaat bij het werken met kleine steekproef oplossingen, gespecialiseerde gasruimteanalyse inhammen, vaste fase micro-extractie (SPME) spuiten, of thermische desorptie-systemen. GC-MS is vaak de standaard techniek die gebruikt wordt bij de validatie en verificatie toepassingen van alternatieve of opkomende, detectietechnieken vanwege zijn bruikbaarheid, flexibiliteit,en identificatie macht met gevestigde chemische databases en bibliotheken. 1 – 7 GC en de bijbehorende bemonstering en opsporing van onderdelen is ideaal voor routinematige chemische analyse en meer gespecialiseerde, uitdagende analytische toepassingen.
Een analytische toepassing van de toenemende belangstelling voor militaire, binnenlandse veiligheid, en commerciële ondernemingen is te traceren explosieve damp detectie, met detectie met inbegrip van de identificatie en kwantificatie. Trace ontplofbaar damp opsporing is een unieke analytische chemie uitdaging, omdat de analyten, zoals 2,4,6-trinitrotolueen (TNT) en cyclotrimethyleentrinitramine (RDX) hebben fysieke eigenschappen die ze bijzonder moeilijk te hanteren en aparte maken gebruik van bredere, meer generieke chemische analyse methodologieën. De relatief lage dampdruk en sub parts-per-million uitgedrukt (ppm v) verzadigde damp concentratie, in combinatie met een relatief hoge plakken coëfficiënten, necessitaten speciale bemonsteringsprotocollen, instrumentatie, en kwantificering methoden. 8 – 12 A GC gekoppeld aan een electron capture detector (ECD) of massaspectrometer (MS) is een effectieve methode voor het kwantificeren van explosieve analyten, specifiek dinitrotolueen (DNT), TNT en RDX . 6,13 – 17 GC-ECD is bijzonder nuttig voor nitro-energetische verbindingen vanwege hun relatief hoge elektronenaffiniteit. Het Amerikaanse Environmental Protection Agency (EPA) heeft standaardmethoden explosieve analyt gemaakt met GC-ECD en GC-MS, maar deze methoden gericht op monsters in oplossing, zoals grondwater, en geen bemonsteringen in de dampfase verzameld. 2 , 18 – 23 Om explosieve dampen, alternatieve monsternameprotocollen worden gebruikt, zoals damp collectie-sorptiemiddel gevulde thermische desorptie monsterbuizen, maar kwantitatieve detectie detecteren blijft moeilijk wegens gebrek damp normen eennd kalibratie methoden die niet goed zijn voor het monster buis en instrumentatie verliezen.
Recentelijk zijn kwantificatie werkwijzen gebruikmakend van thermische desorptie systemen met een gekoelde inlaatsysteem (TDS-cis), gekoppeld aan een GC-ECD ontwikkeld voor TNT en RDX dampen. 24,25 De verliezen geassocieerd met de TDS-cis-GC-ECD instrumentatie voor trace explosieve dampen werden gekarakteriseerd en verantwoord in bijvoorbeeld kalibratiecurven via een directe vloeibare depositie methode op-Sorbens gevuld thermische desorptie monster buizen. Echter, de literatuur gericht op instrumentatie karakterisering en methode ontwikkeling, maar nooit daadwerkelijk is bemonsterd, geanalyseerd, of gekwantificeerd explosieve dampen, enige oplossing normen. Hierin ligt de nadruk op het protocol voor het bemonsteren en kwantificeren van explosieve dampen. Het protocol en de methodologie kan worden uitgebreid naar andere analyten en sporenelementen explosieve dampen, zoals pentaerythritoltetranitraat (PETN).
Protocol
Representative Results
Discussion
Reproduceerbaarheid is een kritisch kenmerk voor de kwantificering van spoor explosieve dampen met behulp van de directe vloeibare depositie methode met TDS-CIS-GC-ECD instrumentatie, en relatieve standaardafwijking (RSD) wordt vaak gebruikt als een maatstaf voor de reproduceerbaarheid. We hebben RSD ervaren voor inter-en intra-sample reproduceerbaarheid van ongeveer 5% voor TNT en 10% voor de RDX. Elke RSD boven 15% wordt gebruikt als indicator voorkomende bronnen van variatie die de doeltreffendheid van het protocol v…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Financiële steun werd verleend door het Department of Homeland Security Science and Technology directoraat.
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 |
References
- 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).
