Campionamento dell’aria con Canister combinato con preconcentrazione criogenica

Per la determinazione dei Composti Organici Volatili in campioni di aria si possono utilizzare diverse tecniche di campionamento, una di queste è con sistema Canister.

I componenti principali dell’aria campionata, quali azoto, ossigeno e anidride carbonica, sono facilmente separabili dai Composti Organici Volatili (VOC) grazie alle diverse temperature di ebollizione.

Le caratteristiche chimico fisiche dell’acqua, non ultima la sua temperatura di ebollizione, rendono più complesso il trattamento del campione senza compromettere il recupero delle molecole polari. La gestione della rimozione dell’acqua è quindi un fattore chiave nella fase di preconcentrazione dei campioni di aria.

Perché è importante eliminare l’acqua?

I sistemi GCMS (gascromatografia-spettrometria di massa) sono progettati per misurare tracce dei composti e non sono in grado di gestire un campione che contenga un altro composto molto più concentrato. Questo andrebbe non solo ad influenzare negativamente la sensibilità dello spettrometro, ma anche a creare problemi di sovraccarico alle colonne cromatografiche. L’acqua può arrivare ad avere una concentrazione anche 10 milioni di volte superiore rispetto agli analiti che devono essere determinati.

Fatte queste considerazioni, risulta ovvio che la maggior parte dell’acqua deve essere rimossa senza influenzare l’analisi dei VOC. Non va dimenticato che l’acqua è molto polare e tendenzialmente crea legami idrogeno molto stabili anche con le molecole organiche.

I sistemi per la rimozione dell’acqua dai campioni

Adsorbenti idrofobici

Molti sistemi utilizzano adsorbenti idrofobici a singolo o multi-strato per la rimozione dell’acqua sfruttando proprio la sua polarità. Questo sistema però non risulta molto affidabile vista la variabilità della concentrazione di acqua contenuta nei campioni di aria e per il fatto che può comportare la perdita anche di molecole organiche polari.

Trappole ad alta temperatura

Un secondo aspetto è sicuramente la tipologia delle trappole utilizzate durante la preconcentrazione. I sistemi progettati con adsorbenti su base carbone o con supporti molto forti, richiedono temperature molto elevate durante il processo di desorbimento. Generalmente, ogni incremento di temperatura di 10°C raddoppia le reazioni tra composti organici, con il rischio di formazione di artefatti non presenti nel campione. Per questa ragione, trappole che richiedono alta temperatura di desorbimento introducono significative difficoltà nella determinazione dei composti più reattivi, come le molecole solforate e mercaptani.

Trappole a freddo

L’efficacia analitica migliore per il campionamento dell’aria con Canister è rappresentata dalla tecnologia con Trappola a Freddo (ECTD – Extended Cold Trap Dehydration).

Le trappole a freddo permettono il recupero dei Composti Organici Volatili a basse temperature di desorbimento. Questo sistema è caratterizzato da tre step. Il primo step è per il controllo dell’acqua, il seondo per l’intrappolamento a freddo delle molecole, mentre il terzo è lo step di crio-focalizzazione in colonna. Questo permette di avere l’iniezione in colonna molto veloce garantendo la massima sensibilità, una migliore risoluzione tra i picchi e un’ottima separazione analitica.

Il campione attraversa la prima trappola posta a temperatura compresa tra – 40 °C e – 50 °C. In questo modo si provoca la cristallizzazione dell’acqua, mentre i composti VOC passano attraverso la trappola senza essere trattenuti. Questo concetto sfrutta il fattore di saturazione dell’acqua nel campione di aria, circa 10 volte, mentre le molecole di VOC sono centinaia di milioni di volte sotto il loro livello di saturazione. Ne consegue perciò che nel passaggio del campione in una trappola inerte a -50°C si verifica l’abbattimento della gran parte dell’acqua ma non dei composti volatili.

Le molecole organiche volatili sono invece fissate sulla successiva trappola, contenente un adsorbente debole raffreddato a bassa temperatura. Questa tecnica permette di eseguire applicazioni che consentono il recupero anche di alcune ammine volatili e di formaldeide. Le molecole di VOC semivolatili che potrebbero essere rimaste nella prima trappola sono liberate riscaldando lentamente la trappola stessa al di sotto della temperatura di fusione dell’acqua, flussando con Elio, così da trasferire tutti i composti alla seconda trappola fredda.

Questo sistema permette il recupero totale di tutte le molecole presenti in aria, evitando, grazie al trattamento del campione a freddo, la formazione di artefatti tipici di altre tecniche.

Il pre-concentratore ENTECH 7200 è il sistema ideale per la preparazione del campione per analisi in GCMS di composti volatili e semivolatili che risponde perfettamente anche alle procedure EPA TO14A e TO15.

ENTECH 7200 è realizzato per raggiungere prestazioni elevate, garantendo la completa eliminazione dell’umidità e permettendo il pieno recupero di molecole polari e non polari da C2 a C18 anche in campioni ricchi di CO2. È possibile lavorare con volumi variabili in modo semplice ed accurato grazie all’innovativa tecnologia Accu-Sample che permette di misurare il volume prelevato indipendentemente dalla matrice e dalla composizione del gas. Il sistema è rivestito con Silonite per garantire le massime performance anche con composti molto reattivi.