Needle Trap. eine neue Technik zur VOC-Bestimmung. Dietmar Hein PAS Technology Deutschland GmbH

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Birgit Klein
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1 eine neue Technik zur VOC-Bestimmung Dietmar Hein PAS Technology Deutschland GmbH

2 Inhalt VOC: Definition und Anwendungen der VOC-Analyse NeedleTrap: Aufbau und Funktionsweise Arbeiten mit der NeedleTrap Konditionierung Probenahme Transport Lagerung Desorption Automatisierung Zusammenfassung 11/15/2011 2

3 VOC Flüchtige organische Verbindungen (Abk.: VOC bzw. VOCs nach volatile organic compound[s]) ist die Sammelbezeichnung für organische, also kohlenstoffhaltige Stoffe, die leicht verdampfen (flüchtig sind) bzw. schon bei niedrigen Temperaturen (z. B. Raumtemperatur) als Gas vorliegen. (Wikipedia) Der Siedepunkt von VOC ist üblicherweise < 260 C. 11/15/2011 3

4 Anwendungen 11/15/2011 4

5 Schwacher, mittelstarker, starker Adsorber Probenahme Desorption Packungsmaterialien: Poröse organische Polymere (Tenax, DVB, PDMS,...) Graphitkohlenstoffe (Carbopack, Carbotrap, ) Kohlenstoff-Molekularsiebe (Carbosieve, Carboxen, ) 11/15/2011 5

Adsorptionsbereiche typischer Packungsmaterialien: Carboxen 1000: C 2 bis C 6 (starker Adsorber) Carbopack X: C 3 bis C 8 (mittlerer Adsorber) PDMS: C 4 bis C16 (schwacher Adsorber, geringste

6 Adsorptionsbereiche typischer Packungsmaterialien: Carboxen 1000: C 2 bis C 6 (starker Adsorber) Carbopack X: C 3 bis C 8 (mittlerer Adsorber) PDMS: C 4 bis C16 (schwacher Adsorber, geringste Polarität) Tenax: C 7 bis C 20 (schwacher Adsorber) DVB: C 7 bis C 20 (schwacher Adsorber, relativ hohe Polarität) Bis zu drei verschiedene Materialien können beliebig kombiniert werden, wobei die Packungsmaterialien von der Nadelspitze an nach der Stärke des Sorbents von schwach nach stark angeordnet werden. 11/15/2011 6

7 Shinwa hat selektive Packungsmaterialien, basierend auf neue Co-Polymere entwickelt: OS, für organische Lösemittel: polare und unpolare organische Lösemittel TMA, Trimethylamine: hohe Selektivität für niedrig siedende Amine FA, Fettsäuren: hohe Selektivität für niedrig siedende Fettsäuren, z. B. Propionsäure, Isobutyrsäure, n-buttersäure oder Isovaleriansäure PE, Petroleum: hohe Selektivität für flüchtige Petroleum Komponenten 11/15/2011 7

8 NT-Design: Luer-Verbindung Länge: zwischen 50 mm und 70 mm (Temperaturprofil des Injektors!) Durchmesser: Gauge 22 (0,72 mm/0,4 mm) oder Gauge 23 (0,64 mm/0,35 mm) Nadelspitze: Seitenloch, gerade, konisch oder angeschliffen (Injektortyp beachten) 11/15/2011 8

9 Verwendung der NeedleTrap: Konditionierung Probenahme Transport Lagerung Desorption Automatisierung 11/15/2011 9

10 Konditionierung der Nadel: Vor der erstmaligen Verwendung ist die NT zu konditionieren. Bei Desorptionstemperatur die NT in den Injektor einführen und dort ca. 30 s belassen. Mit einer 1 ml Glasspritze mit Luer Anschluß mindestens 3 x mit ca. 1 ml mit He spülen. Für eine größere Anzahl Nadeln ist die kommerziell erhältliche Konditioniereinheit für 48 NT, Temperaturbereich 25 C bis 300 C, empfohlen. 11/15/

11 Konditionierung der Nadel: In der Routineanalyse: In der Regel ist die thermische Desorption der Nadel zur SL- Überführung der Komponenten auf die GC-Säule ausreichend. (Carryover < 1 %) Gegebenenfalls nach dem SL-Transfer den Split öffnen und die NT noch einige Minuten im heißen Injector belassen. Bei manueller Verwendung mit He spülen Für eine größere Anzahl Nadeln ist die kommerziell erhältliche Konditioniereinheit für 48 NT, Temperaturbereich 25 C bis 300 C, empfohlen. 11/15/

12 Probenahme: Abschätzung des benötigten Probevolumens, abhängig von Detektorempfindlichkeit und Gaszusammensetzung. Faustformel: Bei einer erwarteten Konzentration der Zielkomponenten von 1 ppbv, ca ml Probe nehmen. Bei niedrigerer Konzentration entsprechend mehr, bei Höherer entsprechend weniger. Auswahl des Probenahmeequipment. Achtung: Der maximale Fluß durch die Nadel, je nach Packungsmaterial, beträgt zwischen 20 ml/min 50 ml/min. Die optimale Extraktionsrate wird bei einem Fluß < 5 ml/min erreicht. 11/15/

1 ml, 20 ml, 25 ml, 50 ml) Probenahme-Handpumpe AP-20 (50 und 100 ml) Probenahmekoffer:

13 Aktive Probenahme: Spritze mit Luer-Anschluß. Diese sind in allen möglichen Volumina im Handel erhältlich (z. B. 1 ml, 20 ml, 25 ml, 50 ml) Probenahme-Handpumpe AP-20 (50 und 100 ml) Probenahmekoffer: NeedleTrap ca cm x 29.5 cm x 15.2 cm, Vakuum-pumpe, LCD Bedienfeld, MFC: 5 ml/min bis 250 ml/min, 24 V mit Netzteil und 10 Ah Akku (mindestens 12 h Betriebszeit) 11/15/

14 Passive Probenahme (TWA, Time-Weighted Average sampling) : 11/15/

15 Passive Probenahme (TWA, Time-Weighted Average sampling) : 11/15/

16 Transport: Alle Nadeln werden mit PTFE Kappen für die Spitze und den Luer Anschluß ausgeliefert. Shinwa-Nadeln werden mit Kunststoffcontainer ausgeliefert. Zusätzlich sind verschraubbare Glascontainer mit Si/PTFE Septum erhältlich. 11/15/

17 Lagerung: Mit PTFE-Kappen verschlossene Nadeln lassen sich problemlos mehrere Tage aufbewahren (je kälter, umso besser). Im Vergleich mit alternativen Probenahme-Methoden (Kanister, Bags, TD-Röhrchen, SPME-Fasern) kommt es zu deutlich geringeren Verlusten während der Lagerung oder des Transportes. Es kommt nicht zu Reaktionen mit den Oberflächen des Probenbehälters. 11/15/

18 Manuelle Analyse: GC-Einstellungen: S/SL Injektor wird im SL-Mode auf Desorptionstemperatur gebracht. (Je nach Adsorbermaterial zwischen 200 und 300 C.) Säule und GC-Programm werden entsprechend der Application gewählt. SPME-Liner notwendig! PTFE Kappe an der Nadelspitze wird entfernt. Der Luer- Anschluß bleibt verschlossen. Wenn GC-Ready wird die Nadel in den Injektor injiziert und der GC gestartet. Nach ca. 15 Sekunden wird die Nadel wieder aus dem Injektor entfernt. Gegebenenfalls die Nadel zur Konditionierung noch 30 Sekunden nach Öffnung des Splites im Injektor belassen. 11/15/

19 Manuelle Analyse: Alternativ kann eine Spritze mit Luer-Anschluß verwendet werden, um die Überführung der desorbierten Komponenten zu verbessern. Hierzu die Spritze mit 100 µl bis 1 ml He or N2 füllen. (Kein O2 oder Luft verwenden!) Gegebenenfalls die Spritze im Injektor befüllen. Darauf achten, dass die NT kalt ist während des Füllens! Nadel vollständig in den Injektor einstechen, GC starten und nach wenigen Sekunden das Gasvolumen schnell injizieren. NT entfernen und mit PTFE-Kappen versehen. 11/15/

20 Desorption: Desorption erfolgt im S/SL-Injektor. Aufgrund der geringen thermischen Masse der Nadel, ist die Desorptionstemperatur augenblicklich erreicht. Das geringe Totvolumen der NT in Verbindung mit der thermisch bedingten Ausdehnung (P x V)/T = Konstant) und der Volumenvergrößerung durch die Verdampfung führt zu einem sehr hohen Druck im Innern der NT. Der hohe Druck schiesst die desorbierten Komponenten auf die Säule. ( SPME-Liner notwendig) Sehr gutes S/N Verhältnis führt zu niedrigen Nachweisgrenzen ohne das eine Cryo-Fokussierung nötig ist!! 11/15/

21 Z. B. Einfluss des Wassers bei der Atemgasanalyse: 37 C, 100 % RH 44 mg/l H2O 22 C, 100 % RH 20 mg/l H2O Netto: ca. 25 mg/l x 20 ml 0,5 mg oder 0,5 µl H2O Bei der Verdampfung ergibt dies ca. 500 µl Wasserdampf Das Totvolumen der NT beträgt, abhängig von der Nadellänge und -durchmesser: ca µl Ein Druck von ca. 50 bis 100 bar wird kurzzeitig aufgebaut. 11/15/

22 Automatisierte Analyse mit dem CONCEPT NT: (CONCEPT NT lässt sich an jeden Marktüblichen GC adaptieren.) NT werden mit magnetischen Kappen versehen und in den Tray gestellt. Autosampler-Sequenz wird geschrieben. GC-Sequenz wird geschrieben. System wird über CONCEPT Software gestartet. 11/15/

23 Automatisierte Analyse mit dem CONCEPT NT: Magnetstab greift NT und zieht diese in die Transfer-Position. 11/15/

24 Automatisierte Analyse mit dem CONCEPT NT: Magnetstab greift NT und zieht diese in die Transfer-Position. Der pneumatische Greifer zentriert die NT. 11/15/

25 Automatisierte Analyse mit dem CONCEPT NT: CONCEPT transportiert die NT zum Kappen-Abstreifer, wo die PTFE- Kappe entfernt wird. 11/15/

26 Automatisierte Analyse mit dem CONCEPT NT: NT wird zum Injektor transportiert, in diesen injiziert, und das GC-System wird gestartet. Nach ca. 15 bis 30 Sekunden zieht der CONCEPT die NT wieder aus dem Injektor heraus und bringt die NT zu seiner Tray-Position. Nach erfolgter Chromatographie und GC-Ready wird die nächste NT dem Injektor zugeführt. 11/15/

27 Automatisierte Analyse mit dem CTC CombiPal: Ablauf erfolgt Grundsätzlich gleich des CONCEPT NT Ablaufes. Gemeinsame GC und Autosampler-Software CHRONOS NT-Kit exklusiv über Axel Semrau GmbH oder PAS Technology Deutschland GmbH erhältlich. Version 1: mit extra Z-Arm, schnelle Montage/Demontage der Option (Umbau < 5 Minuten). Version 2: Mit Montagekit für existierenden Z-Arm (Umbau ca. 30 Minuten) 11/15/

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