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Nota applicativa
AutoreMatthew Giardina, Ph.D., Applications Chemist, Gas Phase Separations Division, Agilent Technologies, Inc.
AbstractLa gascromatografia/spettrometria di massa è la tecnica di eccellenza per l'analisi di composti organici semivolatili in campioni ambientali. Il sistema GC Agilent Intuvo 9000 rappresenta un progresso significativo nella gascromatografia e offre numerosi vantaggi per l'analisi di composti semivolatili. Questa nota applicativa illustra le prestazioni del sistema GC Intuvo 9000 per l'analisi di composti semivolatili secondo le specifiche del metodo USEPA 8270D. Lo studio include una valutazione del sistema Intuvo per iniezioni ripetute di un estratto composito di terreno al fine di stimare la durabilità dello strumento in condizioni che simulano un ambiente di laboratorio ad elevata produttività.
Analisi di composti organici semivolatili con il gascromatografo Agilent Intuvo 9000
2
IntroduzioneLa gascromatografia/spettrometria di massa (GC/MS) è ampiamente considerata la tecnica analitica di eccellenza per l'analisi di composti organici semivolatili (SVOC)1. Numerosi composti che rientrano nella classe degli SVOC sono considerati inquinanti ambientali. Gli enti governativi con autorità normativa hanno stabilito metodi e fissato criteri di prestazione per la determinazione dei composti organici semivolatili in numerose matrici ambientali e industriali. A titolo esemplificativo, il metodo 8270D dell'Environmental Protection Agency degli Stati Uniti (USEPA) include un elenco di 243 composti analizzabili in GC/MS da estratti di rifiuti solidi, terreno, aria e acqua2. Il metodo 8270D contiene specifiche e requisiti dettagliati per l'analisi quantitativa dei composti organici semivolatili.
La durabilità del sistema GC Agilent 7890 e la qualità dei dati ottenuti hanno stabilito uno standard per l'analisi dei composti organici semivolatili facendo si che questi strumenti vengano utilizzati nei laboratori di analisi ambientale di tutto il mondo. Con lo sviluppo di nuove tecnologie, è di importanza fondamentale dimostrare che la nuova generazione di strumenti per GC sia in grado di soddisfare i severi criteri dell'analisi dei composti organici semivolatili per l'analisi ambientale.
Il sistema GC Agilent Intuvo 9000 rappresenta un passo avanti nel progresso della gascromatografia e include alcune innovazioni progettuali che ne fanno lo strumento ideale per l'analisi dei composti organici semivolatili. La tecnologia di flusso Intuvo (IFT) include l'uso di una colonna Intuvo facile da installare e da sostituire e di un Guard Chip che funge da precolonna per evitare la contaminazione della colonna e del percorso di flusso da parte di particolato e di sostanze non
volatili. La tecnologia di riscaldamento diretto riduce la potenza assorbita e favorisce un più rapido raffreddamento della colonna in modo da diminuire la durata dell’intero ciclo di analisi.
Questa nota applicativa dimostra che il sistema GC Intuvo 9000 può facilmente soddisfare le rigorose specifiche di prestazione stabilite dal metodo USEPA 8270D, mantenendo valori equivalenti del tempo di ritenzione, della risoluzione e della risposta degli analiti rispetto allo strumento di riferimento, il sistema GC 7890. Viene inoltre dimostrata la durabilità dello strumento mediante iniezioni ripetute di un estratto composito di terreno.
Condizioni sperimentali
Standard e campioniUna soluzione standard contenente 77 composti di target e surrogati è stato acquistato da AccuStandard (New Haven, CT). Lo standard è stato scelto in modo da fornire una miscela rappresentativa di sostanze acide, basiche e neutre. La soluzione standard è stata diluita in diclorometano contenente sei standard interni acquistati da Supelco (Bellefonte, PA). Le concentrazioni nominali dei composti target e dei surrogati negli standard di calibrazione erano: 0,1, 0,2, 0,8, 1, 1,6, 2, 5, 10, 15, 20, 35, 50, 75 e 100 µg/mL. La concentrazione degli standard interni in ogni standard di calibrazione era 40 µg/mL. La Tabella 1 elenca i composti utilizzati nello studio. I numeri dei composti indicati in Tabella 1 sono stati assegnati in base all'ordine di ritenzione dei composti target e dei surrogati; gli standard interni sono stati riportati in fondo alla tabella, a prescindere dall’ordine di ritenzione. I numeri dei composti sono stati assegnati per ridurre la complessità dei grafici.
Lo standard di calibrazione, contenente una miscela di benzidina, pentaclorofenolo, 4,4'‑diclorodifeniltricloroetano (4,4'‑DDT) e decafluorotrifenilfosfina (DFTPP), è stato acquistato da AccuStandard. Lo standard di calibrazione è stato diluito in diclorometano fino a raggiungere la concentrazione finale di 25 µg/mL.
Una miscela composita di terreni estratti con diclorometano, preparata secondo il metodo 8270, è stata offerta a titolo gratuito da ESC Lab Sciences (Mt. Juliet, TN). Gli estratti scelti per la miscela contenevano il più pesante residuo di matrice tra quelli tipicamente riscontrati nei campioni del loro laboratorio.
Metodi strumentaliIl sistema GC Agilent Intuvo 9000 è stato configurato a singolo canale per l’interfacciamento con un sistema MSD Agilent 5977B con sorgente ionica EI inerte e con una colonna Intuvo DB‑5ms Ultra Inert da 30 m. Per ottenere dati comparativi, anche un sistema GC Agilent 7890 è stato interfacciato con un sistema MSD 5977B con sorgente ionica EI inerte e con una colonna Agilent J&W DB‑5ms Ultra Inert da 30 m. Sono stati utilizzati gli stessi parametri del metodo sia per il sistema GC Intuvo 9000 che per il sistema GC 7890, ad eccezione del Guard Chip Intuvo, che non era presente nel sistema GC 7890. La Tabella 2 elenca le condizioni strumentali utilizzate nello studio.
3
Tabella 1. Composti target, surrogati e standard interni.
N. Composto
1 N-nitrosodimetilammina
2 Piridina
3 2-fluorofenolo (surrogato)
4 Fenolo-d5 (surrogato)
5 Fenolo
6 Anilina
7 Bis(2-cloroetil) etere
8 2-clorofenolo
9 1,3-diclorobenzene
10 1,4-diclorobenzene
11 Alcool benzilico
12 1,2-diclorobenzene
13 2-metilfenolo
14 Bis(2-cloroisopropil) etere
15 4-metilfenolo
16 N-Nitrosodi-n-propilammina
17 Esacloroetano
18 Nitrobenzene-d5 (surrogato)
19 Nitrobenzene
20 Isoforone
21 2-nitrofenolo
22 2,4-dimetilfenolo
23 Acido benzoico
24 Bis(2-cloroetossi)metano
25 2,4-diclorofenolo
26 1,2,4-triclorobenzene
27 Naftalene
28 4-cloroanilina
29 Esaclorobutadiene
30 4-cloro-3-metilfenolo
31 2-metilnaftalene
32 Esaclorociclopentadiene
33 2,4,6-triclorofenolo
N. Composto
34 2,4,5-triclorofenolo
35 2-fluorodifenile (surrogato)
36 2-cloronaftalene
37 2-nitroanilina
38 Dimetilftalato
39 2,6-dinitrotoluene
40 Acenaftilene
41 3-nitroanilina
42 Acenaftene
43 2,4-dinitrofenolo
44 4-nitrofenolo
45 2,4-dinitrotoluene
46 Dibenzofurano
47 Dietilftalato
48 4-clorofenil-fenil etere
49 Fluorene
50 4-nitroanilina
51 4,6-dinitro-2-metilfenolo
52 N-nitrosodifenilammina
53 Azobenzene
54 2,4,6-Tribromofenolo (surrogato)
55 4-bromofenil fenil etere
56 Esaclorobenzene
57 Pentaclorofenolo
58 Fenantrene
59 Antracene
60 Carbazolo
61 Di-n-butilftalato
62 Fluorantene
63 Benzidina
64 Pirene
65 p-Terfenile-d14 (surrogato)
66 Butilbenzilftalato
N. Composto
67 3,3'-Diclorobenzidina
68 Benzo[a]antracene
69 Bis(2-etilesil)ftalato
70 Crisene
71 Di-n-ottilftalato
72 Benzo[b]fluorantene
73 Benzo(k)fluorantene
74 Benzo[a]pirene
75 Indeno[1,2,3-cd]pirene
76 Dibenzo[a,h]antracene
77 Benzo[g,h,i]perilene
78 1,4-Diclorobenzene-d4 (standard interno)
79 Naftalene-d8 (standard interno)
80 Acenaftalene-d10 (standard interno)
81 Fenantrene-d10 (standard interno)
82 Crisene-d12 (standard interno)
83 Perilene-d12 (standard interno)
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Risultati e discussione
Equivalenza con un sistema GC Agilent 7980In aggiunta ai molti aspetti innovativi inerenti il percorso di flusso e la tecnologia di riscaldamento della colonna, il sistema GC Intuvo 9000 è stato progettato in modo da offrire prestazioni equivalenti al sistema GC 7890 in termini di ritenzione cromatografica e di risposta. Ciò risulta particolarmente importante per l'analisi di composti organici semivolatili nei test ambientali, in cui il sistema GC 7890 costituisce il punto di riferimento in termini di prestazioni.
Come primo confronto tra i due sistemi, è stato preparato uno standard con una concentrazione rispettivamente di composti target e surrogati di 20 µg/mL e di standard interni di 40 µg/mL ed è stato iniettato da una parte in un sistema GC 7890 GC accoppiato a un sistema MSD 5977B MSD con una colonna Agilent J&W DB‑5ms Ultra Inert da 30 m e dall'altra in un sistema GC Intuvo 9000 accoppiato a un sistema MSD 5977B con una colonna Intuvo DB‑5ms Ultra Inert da 30 m. Per l'analisi sono state utilizzate le stesse condizioni del rivelatore e di programmata di temperatura della colonna (Tabella 2). La Figura 1 mostra il cromatogramma ionico totale normalizzato ottenuto per entrambi i sistemi. I due cromatogrammi sono sostanzialmente indistinguibili, con solo lievi differenze nelle regioni ad alta densità di picchi (12,5 e 16,5 minuti).
Tabella 2. Parametri GC/MS comuni.
Parametro Valore
Volume di iniezione 1 μL
Iniettore
Split/Splitless 300 °C Splitless pulsato 60 psi fino a 0,5 minuti Spurgo 50 mL/min a 0,5 minuti Septum purge a modalità di flusso variabile 3 mL/min
Liner Liner Agilent Ultra Inert splitless single taper con lana di vetro (codice 5190-2293)
Guard Chip Intuvo (G4587-60565)
60 °C per 2 minuti, 20 °C/min fino a 260 °C, 6 °C/min fino a 330 °C, mantenimento per 1,333 minuti (standard) o 10,333 minuti (estratto di terreno)
Colonna Agilent J&W DB-5ms e Intuvo DB-5ms UI 30 m × 0,25 mm, 0,5 μm (codice 122-5536UI per 7890 e 122-5536UI-INT per Intuvo)
Flusso Flusso costante 2 mL/min
Temperatura della colonna 40 °C per 2 minuti, 20 °C/min fino a 260 °C, 6 °C/min fino a 330 °C, mantenimento per 1,333 minuti (standard) o 10,333 minuti (estratto di terreno)
Temperatura della transfer line
330 °C
Drawout plate 6 mm (opzionale)
Temperatura della sorgente ionica
330 °C
Temperatura del quadrupolo 200 °C
Scansione Da 35 a 550 m/z
Gain factor 1
Threshold 50
A/D samples 2
Figura 1. Confronto di cromatogrammi di composti organici semivolatili ottenuti da un sistema GC Agilent Intuvo 9000 (A) e da un sistema GC Agilent 7890 (B).
0
1
3,5 5,0 6,5 8,0 9,5 11,0 12,5 14,0 15,5 17,0 18,5 20,0 21,5 23,0 24,5
Risp
osta
nor
mal
izzat
a
Tempo (min)
3,5 5,0 6,5 8,0 9,5 11,0 12,5 14,0 15,5 17,0 18,5 20,0 21,5 23,0 24,5Tempo (min)
0
1
Risp
osta
nor
mal
izzat
a
GC Agilent 7890
A
B
Sistema GC Agilent Intuvo 9000
5
Per offrire un confronto maggiormente quantitativo dei tempi di ritenzione nei due casi, la Figura 2 mostra un grafico del tempo di ritenzione relativo (cioè del rapporto tra i tempi di ritenzione dei composti target e dei surrogati rispetto a quelli degli standard interni) per il sistema GC Intuvo 9000 e per il sistema GC 7890. La corrispondenza tra i due strumenti è piuttosto buona. La differenza media tra il tempo di ritenzione relativo nei due strumenti è di 0,0006.
La Figura 2 mostra che si ha una maggiore differenza tra i tempi di ritenzione relativi per i primi due composti eluiti, N‑nitrosodimetilammina e piridina. Ciò è dovuto a un piccolo volume di precolonna introdotto dal Guard Chip Intuvo. La Figura 3 mostra un ingrandimento dei cromatogrammi ionici totali di N‑nitrosodimetilammina e piridina ottenuti dal sistema GC 7890 e dal sistema GC Intuvo 9000. Come atteso, il volume aggiuntivo provoca un lieve aumento del tempo di ritenzione rispetto al sistema GC 7890. L'effetto sulla forma dei picchi è tuttavia trascurabile.
Il metodo 8270D stabilisce che, per riportare come analiti separati isomeri strutturali che eluiscono vicini, la valle tra i due picchi non può essere superiore al 50 % dell'altezza massima media degli isomeri. Il benzo[b]fluorantene e il benzo[k]fluorantene sono generalmente scelti per misurare la capacità del sistema di risolvere gli isomeri. La Figura 4 mostra la risoluzione ottenuta con il sistema GC 7890 e col sistema GC Intuvo. In entrambi i casi la valle tra gli isomeri è nettamente inferiore al 50 %.
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
1,1
1,2
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Tem
po d
i rite
nzio
ne re
lativ
oNumero del composto
GC Agilent 7890Sistema GC Agilent Intuvo 9000
Figura 2. Confronto tra i tempi di ritenzione relativi per composti organici semivolatili con un sistema GC Agilent Intuvo 9000 e con un sistema GC Agilent 7890.
N-nitrosodimetilammina
N-nitrosodimetilammina
Piridina
Piridina
3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5
GC Agilent 7890
Sistema GC Agilent Intuvo 9000
A
B
Tempo (min)
3,6 3,7 3,8 3,9 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5Tempo (min)
Figura 3. Confronto dei primi composti organici semivolatili eluiti su un sistema GC Agilent 7890 (A) e su un sistema GC Agilent Intuvo 9000 (B).
A
B
Benzo[b]fluoranteneBenzo[k]fluoroantene
19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 19,5 19,6 19,7 19,8Tempo (min)
19,0 19,1 19,2 19,3 19,4 19,5 19,6 19,7 19,8Tempo (min)
Benzo[b]fluorantene
Benzo[k]fluoroantene
GC Agilent 7890
Sistema GC Agilent Intuvo 9000
Figura 4. Risoluzione di isomeri con un sistema GC Agilent 7890 (A) e con un sistema GC Agilent Intuvo 9000 (B).
6
Come accade per molti metodi GC, la quantificazione con il metodo 8270D si basa sulla risposta relativa rispetto agli standard interni. La Figura 5 mostra un confronto tra i fattori di risposta per il sistema GC 7890 e per il sistema GC Intuvo 9000 per un’iniezione dello standard da 20 µg/mL. Di nuovo, la corrispondenza è piuttosto buona. La differenza media tra i fattori di risposta su tutti i composti target è del 4,6 %.
Nella Figura 5, si nota che le risposte relative degli ultimi idrocarburi poliaromatici (PAH) eluiti, indeno[1,2,3‑cd] pirene, dibenzo[a,h]antracene e benzo[g,h,i]perilene, sono lievemente maggiori con il sistema GC Intuvo 9000 rispetto al sistema GC 7890. Ciò dimostra che il profilo termico lungo il percorso di flusso del sistema GC Intuvo 9000 è uniforme, consentendo ai PAH con punto di ebollizione più elevato di attraversare il percorso di flusso mantenendo il recupero e la forma dei picchi (Figura 1).
Idoneità del metodo 8270DPer l'analisi dei composti organici semivolatili in GC/MS, è estremamente importante verificare che il sistema sia adeguato per l'analisi quantitativa prima di procedere con la raccolta dei dati, specialmente se i dati sono utilizzati per report normativi. Il metodo 8270D specifica l'utilizzo di uno standard di calibrazione o di controllo per verificare le prestazioni del sistema GC/MS. Lo standard è costituito da una miscela di DFTTP, 4,4'‑DDT, pentaclorofenolo e benzidina per testare la calibrazione e l'inerzia del sistema MS.
Il DFTPP è utilizzato per verificare che la ionizzazione e la rivelazione dello spettrometro di massa siano adeguate. Il 4,4'‑DDT è utilizzato per valutare l'inerzia del sistema mediante determinazione dei prodotti di degradazione 4,4'‑DDD e 4,4'‑DDE. La benzidina e il pentaclorofenolo sono utilizzati come molecole di riferimento rispettivamente per le loro caratteristiche basiche e acide. Se i criteri di prestazione minimi stabiliti dal metodo non sono raggiunti, il sistema è ritenuto non idoneo per l'analisi.
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Risp
osta
rela
tiva
Numero del composto
GC Agilent 7890Sistema GC Agilent Intuvo 9000
Figura 5. Confronto tra la risposta relativa per composti organici semivolatili con un sistema GC Agilent Intuvo 9000 e con un sistema GC Agilent 7890.
Pentaclorofenolo
TF = 1,0
DFTPP
Rapporti ionici (Tabella 3)
Benzidina
TF = 0,8
DDT
Degradazione = 1,4 %
0102030405060708090
100
11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5
Risp
osta
nor
mal
izzat
a
Tempo (min)
Figura 6. Cromatogramma di una miscela di calibrazione per il metodo 8270D con un sistema GC Agilent Intuvo 9000.
La Figura 6 mostra un cromatogramma dello standard di calibrazione a una concentrazione di 25 µg/mL. Il metodo 8270D suggerisce una concentrazione di 50 µg/mL con l'avvertenza che concentrazioni minori possono essere utilizzate per tener conto di strumenti con maggiore sensibilità. In questo caso, è stato scelto il valore di 25 µg/mL per non sovraccaricare la colonna e per non introdurre un errore sistematico nelle misure di simmetria dei picchi.
Il fattore di scodamento (TF, tailing factor) è stato utilizzato come parametro discriminante per valutare l'attività acida/basica del pentaclorofenolo e
della benzidina. In base ai requisiti del metodo 8270D, il valore di TF misurato al 10 % dell'altezza del picco per lo ione estratto di quantificazione non deve essere maggiore di 2. Per il pentaclorofenolo e la benzidina i valori del fattore di scodamento misurati sono rispettivamente 1,0 e 0,8.
La degradazione percentuale del 4,4'‑DDT è stata utilizzata per determinare l'inerzia del sistema. Secondo il metodo 8270D, la somma combinata dell'area degli ioni estratti per il 4,4'‑DDD e il 4,4'‑DDE non deve superare il 20 %. La degradazione percentuale misurata con il sistema GC Intuvo 9000 è del 1,4 %.
7
La Tabella 3 elenca i rapporti ionici calcolati per il DFTPP insieme ai rapporti e agli intervalli specificati per il metodo 8270D. Tutti i rapporti misurati rientrano ampiamente nei limiti richiesti.
Il sistema GC Intuvo 9000 ha soddisfatto facilmente le metriche di idoneità del sistema specificate nel metodo 8270D.
Requisiti di calibrazioneLa calibrazione rappresenta forse il requisito più problematico da soddisfare e mantenere secondo il metodo 8270D. L'elenco dei composti target include una gamma di molecole acide, basiche e neutre. Il tipo di calibrazione e l'intervallo di calibrazione per un analita selezionato dipendono largamente dalla sensibilità dello strumento e dalla natura del composto. Alcuni composti sono più sensibili alle interazioni superficiali, alle condizioni termiche e all'efficienza di rivelazione. Per questo motivo, sono accettabili diversi metodi di calibrazione per la quantificazione.
Massa target Massa di
riferimento Limite
inferiore % Limite
superiore % Ab. rel. % Superato/
Fallito
51 442 10 80 31,1 Superato
68 69 0 2 0 Superato
70 69 0 2 0,4 Superato
127 442 10 80 39,4 Superato
197 442 0 2 0 Superato
198 442 50 100 84 Superato
199 198 5 9 6,1 Superato
275 442 10 60 22,4 Superato
365 198 1 100 4,2 Superato
441 442 0 24 15,4 Superato
442 442 100 100 100 Superato
443 442 15 24 18,7 Superato
Tabella 3. Verifica della calibrazione del DFTPP.
Limite RSD del fattore di risposta
0
5
10
15
20
25
30
1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 45 46 47 48 49 50 52 53 55 56 60 65 66 67 68 71 74
RSD
% d
el fa
ttore
di r
ispo
sta
rela
tiva
Numero del composto
Figura 7. RSD percentuale del fattore di risposta medio per la calibrazione fino a 100 µg/mL.
La calibrazione più semplice e più ampiamente applicata si basa sul fattore di risposta medio. Secondo il metodo, occorre utilizzare un minimo di cinque livelli di calibrazione su standard e la deviazione standard relativa (RSD) dei fattori di risposta deve essere compresa entro ±20 %. La Figura 7 mostra la RSD percentuale ottenuta per 57 dei 77 composti in un intervallo compreso tra
0,1 e 100 µg/mL, utilizzando 14 livelli di calibrazione (ad eccezione del numero 23, acido benzoico, con un intervallo di calibrazione tra 4 e 100 µg/mL su otto livelli). Si è utilizzato un totale di 14 livelli di calibrazione per determinare in modo preciso l'intervallo di linearità di ogni analita. Il valore medio di RSD per i 57 composti è 4,98 %.
8
Alcuni composti con maggiore sensibilità, come i PAH, tendono a sovraccaricare la fase stazionaria e a saturare il rivelatore a concentrazioni elevate. In questo caso, il limite di calibrazione superiore è stato abbassato a 50 µg/mL per soddisfare i criteri di calibrazione utilizzando fattori di risposta medi. La Figura 8 mostra la RSD percentuale per 14 dei 77 composti ottenuta in un intervallo compreso tra 0,1 e 50 µg/mL, utilizzando 12 livelli di calibrazione (a eccezione del numero 69, benz[a]antracene, con un intervallo di calibrazione tra 0,8 e 50 µg/mL su 10 livelli). Il valore medio di RSD per i 14 composti è 4,10 %.
Alcuni composti attivi o labili tendono ad avere fattori di risposta che variano in funzione della concentrazione. Per questi analiti, il metodo 8270D consente di utilizzare il curve‑fitting per la calibrazione. Il metodo stabilisce che il coefficiente di correlazione (R) deve essere maggiore di 0,99 e il valore di concentrazione calcolato per il più basso livello su standard deve essere compreso entro ±30 % della concentrazione effettiva. La Tabella 4 riporta i risultati di calibrazione per i restanti sei dei 77 composti, ottenuti utilizzando il metodo della regressione lineare dei minimi quadrati ponderati con peso 1/x. In tutti i casi, i criteri di calibrazione specificati sono stati soddisfatti. Si noti che l'intervallo di calibrazione è stato scelto in modo da ottenere il più ampio intervallo dinamico rispettando nel contempo i criteri di calibrazione usando un modello lineare. La deviazione percentuale dello standard di livello più basso sarebbe più vicina a zero se l'intervallo dinamico venisse ristretto o se venisse usato un modello di calibrazione di ordine superiore.
Studio in matricePer stimare la durabilità del sistema GC Intuvo 9000 è stato effettuato un ciclo iterativo di iniezioni in matrice e di verifiche delle prestazioni. Tipicamente, i laboratori di analisi ambientale effettuano interventi di
Figura 8. RSD percentuale del fattore di risposta medio per la calibrazione fino a 50 µg/mL.
Limite RSD del fattore di risposta
0
5
10
15
20
25
30
7 16 58 59 61 62 64 69 70 72 73 75 76 77
RSD
del f
atto
re d
i ris
post
a re
lativ
a (%
)
Tabella 4. Risultati della calibrazione con il metodo della regressione dei minimi quadrati ponderati.
Composto n. Composto R2
Intervallo di calibrazione
(μg/mL)
Differenza percentuale sul più basso livello
di standard (è richiesto ±30 %)
43 2,4-dinitrofenolo 0,9984 1,6-100 23,9
44 4-nitrofenolo 0,9994 0,8-100 22,9
51 4,6-dinitro-2-metilfenolo 0,9991 0,8-100 -1,3
54 2,4,6-tribromofenolo 0,9997 0,8-100 12,4
57 Pentaclorofenolo 0,9992 0,8-100 23,4
63 Benzidina 0,9966 4-100 16,5
Figura 9. Schema del test per lo studio in matrice.
ControlloQC/CCV/
ISTD
ControlloQC/CCV/
ISTD
Controllo superato?
Controllo superato?
Sì
No No
Nuova colonna
MSDManutenzione
Serie di (N = 20)iniezioni
in matrice
QC ecalibrazione
iniziali
Primo tentativodi manutenzione
correttiva?
Secondo tentativodi manutenzione
correttiva?
Sì Sì
Cambiasetto e liner
Sostituisci Guard Chip
No
SìControlloQC/CCV/
ISTD
manutenzione preventiva (per esempio, la sostituzione del liner o il taglio della colonna) ad intervalli regolari. Ciò ha lo scopo di preservare l'idoneità del sistema e l'integrità della calibrazione per un tempo prolungato prevenendo la contaminazione della colonna e della sorgente.
In questo studio si è utilizzata tuttavia una strategia di test in cui sono stati iniettati campioni di matrice fino alla compromissione dell'idoneità o della calibrazione, per poi ripristinare le prestazioni attraverso manutenzione correttiva. La Figura 9 mostra un diagramma di flusso che illustra lo schema del test.
9
Lo studio è stato condotto effettuando la verifica delle prestazioni ogni 20 iniezioni in matrice. La verifica consiste nella valutazione di tre parametri relativi alle specifiche elencate nel metodo 8720D, come descritto di seguito.
• QC: rapporti di calibrazione corretti del DFTPP, fattore di scodamento per benzidina e pentaclorofenolo inferiore a 2 e degradazione percentuale del 4,4'‑DDT inferiore al 20 %.
• CCV: la deriva della calibrazione in corrispondenza del punto centrale è compresa entro ±20 % per più del 10 %dei composti target.
• ISTD: si verifica che la deriva dell'area del picco dello standard interno sia compresa entro ± 50 %.
Per iniziare lo studio, il sistema è stato calibrato utilizzando i composti elencati nella Tabella 1 e i parametri del metodo 8270D riportati nella Tabella 2. Il campione in matrice è stato fornito da ESC Lab Sciences (Mt. Juliet, TN) ed era composto da più campioni di terreno estratti mediante diclorometano e combinati. L’estratto era rappresentativo della più pesante matrice tipicamente riscontrata nei campioni del loro laboratorio. La Figura 10 mostra che l'estratto era opaco e conteneva una quantità significativa di residuo di matrice.
Risultati dello studioRisultati del QC
Nel corso dello studio sono state effettuate in totale 680 iniezioni in matrice. Dopo ogni serie di 20 iniezioni di campione, il carico di matrice era sufficiente per provocare una scissione quasi completa del 4,4'‑DDT. Come da protocollo del test, il liner e il setto sono stati sostituiti e il sistema è stato nuovamente testato. Dopo la sostituzione del liner, la percentuale di degradazione cadeva al di sotto del 20 % (Figura 11).
Figura 10. Estratto di terreno in diclorometano.
Dopo sostituzione del linerDopo iniezioni in matrice
Limite di degradazione
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
540
560
580
600
620
640
660
680
Degr
adaz
ione
% d
el 4
,4'-D
DT
Numero di iniezioni in matrice
Figura 11. Degradazione e recupero di DDT dopo la sostituzione del liner (blu) e dopo l’iniezione in matrice (arancione).
10
La Figura 12 mostra un liner dopo 20 iniezioni di estratto di terreno. È chiaramente visibile uno strato residuo di terreno depositato sulla lana di vetro. Questo residuo era probabilmente la causa della degradazione del 4,4'‑DDT, poiché la sostituzione del liner ha riportato la degradazione al di sotto del 20 %. L'impaccamento in lana di vetro è stato sufficiente per proteggere il sistema dalla contaminazione da particolato.
Oltre al 4,4'‑DDT, il campione QC contiene pentaclorofenolo e benzidina. La Figura 13 mostra il fattore di scodamento per benzidina e pentaclorofenolo, misurato dopo la sostituzione del liner. Tra 180 e 240 iniezioni in matrice, il fattore di scodamento della benzidina è aumentato da 1,0 a 1,8, che è vicino al limite di 2. La sostituzione del liner non è stata sufficiente per ridurre il fattore di scodamento. Come da protocollo dello studio, è stato sostituito il Guard Chip Intuvo e il sistema è stato nuovamente testato: il fattore di scodamento della benzidina è sceso a 1,2. Dopo 520 iniezioni, il fattore di scodamento della benzidina è aumentato fino a 1,7. In questo caso, la sostituzione del liner è stata sufficiente a ridurre il fattore di scodamento a 1.
Risultati del CCV
Secondo il metodo 8270D, ogni 12 ore occorre verificare la calibrazione iniettando uno standard in corrispondenza del punto centrale dell'intervallo di calibrazione. Affinché la curva possa essere validata, la concentrazione calcolata deve essere compresa entro ±20 % della concentrazione effettiva. Se più del 20 % dei composti non supera la verifica di calibrazione, che deve essere compresa entro ±20 %, il sistema è ritenuto non idoneo e occorre intraprendere azioni correttive. In questo studio, è stato stabilito un limite d'azione correttiva più rigoroso con un tasso di fallimento del 10 % per i 77 composti target e surrogati (ovvero, 7 composti che non superano il controllo del CCV). La Figura 14 mostra i risultati del CCV.
Figura 12. Liner impaccato con lana di vetro dopo 20 iniezioni in matrice.
Sostituzione del Guard Chip Intuvo
Limite del fattore di scodamento
0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
0 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
560
580
600
620
640
660
680
700
Fatto
re d
i sco
dam
ento
al 1
0 %
del
l'alte
zza
del p
icco
Numero di iniezioni in matrice
PentaclorofenoloBenzidina
Figura 13. Misurazioni del fattore di scodamento di pentaclorofenolo e benzidina dopo la sostituzione del liner.
11
Dopo ogni 20 iniezioni in matrice, il numero di composti che non supera la calibrazione è superiore al limite del 10 %. Dopo la sostituzione del liner, il numero di composti che non supera la calibrazione scende al di sotto del 10 %.
La Figura 14 mostra inoltre la sostituzione del Guard Chip Intuvo dopo 240 iniezioni in matrice, motivata dal fattore di
scodamento della benzidina (Figura 13). Come indicato nella Figura 14, un composto, l'esaclorociclopentadiene, non ha superato il controllo del CCV nemmeno dopo la sostituzione del Guard Chip Intuvo. Anche se l'errore percentuale è sceso da –31,3 % a –26,7 %, la sostituzione del Guard Chip Intuvo non è stata sufficiente a ridurre
l'errore percentuale al di sotto del 20 %. La sensibilità di questo composto alla matrice può essere utilizzata come indicatore per determinare la frequenza di sostituzione del Guard Chip Intuvo. La Figura 15 mostra il grafico dei controlli del CCV dell'esaclorociclopentadiene in funzione del numero di iniezioni in matrice.
Figura 14. Numero di controlli del CCV non superati dopo la sostituzione del liner (blu) e dopo iniezioni in matrice (arancione).
Dopo sostituzione del linerDopo iniezioni in matrice
Limite del metodo 8270D (20 %)
Limite dello studio (10 %)
Sost
ituzio
ne d
el G
uard
Chi
p
Sost
ituzio
ne d
el G
uard
Chi
pSo
stitu
zione
del
la c
olon
na
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
0 20 40 60 80 100
120
140
160
180
200
220
240
240
260
280
300
320
340
360
380
400
420
440
460
480
500
520
540
560
580
600
620
640
660
680
680 0
Num
ero
di C
CV >
20 %
RSD
Numero di iniezioni in matrice
Figura 15. Errore percentuale dei controlli del CCV per l'esaclorociclopentadiene.
-35
-30
-25
-20
-15
-10
-5
00 50 100 150 200 250 300
Erro
re p
erce
ntua
le C
CV
Numero di iniezioni in matrice
12
Sulla base di questi dati, è possibile stimare un ciclo di manutenzione preventiva che prevede una sostituzione del Guard Chip Intuvo ogni 60 iniezioni in matrice. Considerando che l'estratto conteneva una quantità significativa di residuo di matrice, si può dedurre che questa frequenza di sostituzione del Guard Chip Intuvo sarebbe sufficiente per la maggior parte delle matrici di terreno.
Per valutare il livello di contaminazione del sistema per effetto di un pesante carico di matrice, si è continuato con le iniezioni in matrice. Anche se la soglia del 10 % non è stata raggiunta entro le 680 iniezioni, lo studio è stato concluso. La Figura 14 mostra che la sostituzione del liner dopo la 680° iniezione ha fatto scendere il numero di controlli del CCV non superati da 10 a 4. La sostituzione del Guard Chip Intuvo ha prodotto un'ulteriore riduzione del numero di controlli del CCV non superati da 4 a 3. La sostituzione della colonna ha comportato il completo ripristino del sistema. L'unico composto che non ha superato la verifica dopo la sostituzione della colonna è stato la benzidina, che ha dato una risposta maggiore rispetto alla calibrazione iniziale (Figura 16). Ciò indica che la causa di fallimento dei controlli del CCV interessava solo la colonna, e non il percorso di flusso o la sorgente ionica.
Risultati per ISTD
Il metodo 8270D richiede che la variazione dell'area degli standard interni non superi il fattore 2. In caso contrario, il sistema non è idoneo per l'analisi e occorre intraprendere azioni correttive. Tipicamente, la perdita di risposta dello standard interno è dovuta a contaminazione della sorgente ionica. La Figura 17 mostra l'area normalizzata per gli standard interni su 680 iniezioni dopo la sostituzione del liner. In tutto lo studio, l'area per gli standard interni è rimasta entro l'intervallo specificato.
Figura 16. Verifiche di calibrazione dopo la calibrazione iniziale, dopo 680 iniezioni in matrice e dopo la sostituzione della colonna.
Benzidina
4-nitrofenoloPentaclorofenolo2,4,6-triclorofenolo
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Erro
re %
dei
con
trolli
di c
alib
razio
ne
Numero del composto
Dopo ricalibrazioneDopo 680 iniezioni in matriceDopo sostituzione della colonna
Figura 17. Area normalizzata dei picchi degli standard interni su 680 iniezioni in matrice.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
0 100 200 300 400 500 600 700
Area
sta
ndar
d in
tern
o no
rmal
izzat
a
Numero di iniezioni in matrice
1,4-diclorobenzene-d4 Naftalene-d8Acenaftene-d10 Fenantrene-d10Crisene-d12 Perilene-d12
Tabella 5. Risultati dello studio condotto su un sistema GC Agilent 7890A abbinato a un sistema MSD Agilent 5977.
Numero colonna
Numero di liner e di setti sostituiti
Numero di guarnizioni dell'iniettore sostituite
Numero di tagli della colonna (30,5 cm
ognuno) Numero totale di
iniezioni in matrice
1 12 2 6 240
2 4 2 5 80
3 6 3 4 120
Confronto con un sistema GC Agilent 7890A
Come termine di riferimento, sono stati effettuati tre studi simili sul sistema GC 7890A accoppiato a un sistema MSD 5977 usando il protocollo illustrato nella Figura 9. I risultati sono riportati nella Tabella 5. È interessante notare che il comportamento del sistema GC 7890A abbinato a un sistema MSD 5977 appare significativamente differente rispetto a quello del sistema GC Intuvo 9000. Per le
colonne 1 e 3, il meccanismo di insuccesso è dato da una combinazione di risposte degli ISTD che cadono al di sotto del 50 % (risolte mediante la pulizia della sorgente ionica) e da una percentuale di controlli del CCV non superati risultata superiore al 10 % (che non è stato possibile ripristinare mediante la manutenzione dell'iniettore o il taglio della colonna). Per la colonna 2, tale meccanismo invece è stato la conseguenza di una percentuale di controlli del CCV non superati superiore al 10 %.
13
Un'altra differenza quando si effettua la manutenzione del sistema GC 7890 rispetto al sistema GC Intuvo 9000 è data dal fatto che è possibile sostituire il Guard Chip Intuvo nel sistema GC Intuvo 9000 con maggiore rapidità e sicurezza di quanto sia possibile tagliare la colonna nel sistema GC 7890. Inoltre il taglio della colonna nel sistema GC 7890 ha richiesto la correzione delle finestre del tempo di ritenzione dopo la rimozione di una porzione sufficiente della colonna. Ciò non si è verificato con la sostituzione del Guard Chip Intuvo. La Figura 18 mostra la variazione del tempo di ritenzione dopo la sostituzione di Guard Chip Intuvo sul sistema GC Intuvo 9000 rispetto a quella che si riscontra dopo il taglio di 30,5 cm di colonna in un sistema GC 7890. Lo spostamento dei tempi di ritenzione è chiaramente visibile dopo il taglio della colonna nel sistema GC 7890, a differenza di quanto avviene per la sostituzione del Guard Chip Intuvo nel sistema GC Intuvo 9000, dove i picchi sovrapposti sono sostanzialmente identici.
ConclusioneQuesto studio ha dimostrato l'idoneità del sistema GC Agilent Intuvo 9000 per l'analisi di composti organici semivolatili. Il sistema GC Intuvo 9000 è in grado di soddisfare facilmente i requisiti specificati dal metodo USEPA 8270D. Rispetto al sistema GC Agilent 7890, il sistema GC Intuvo 9000 ha fornito risultati equivalenti in termini di tempo di ritenzione relativo e di risposta relativa. Inoltre, iniezioni ripetute di un estratto di terreno hanno mostrato la resilienza del sistema GC Intuvo 9000 nei confronti di una situazione con matrice molto problematica e la maggiore facilità di manutenzione rispetto al sistema GC 7890. La sostituzione del Guard Chip Intuvo si è dimostrata più pratica rispetto al taglio della colonna in termini di tempo di manutenzione e non ha richiesto la correzione del tempo di ritenzione.
RingraziamentiL'autore desidera ringraziare John Romesburg per il suo significativo contributo a questo studio, ESC Lab Sciences per aver offerto a titolo gratuito gli estratti in matrice e Michael Szelewski per la sua competenza nel campo delle analisi ambientali.
Figura 18. Confronto tra il taglio della colonna in un sistema 7890 e la sostituzione del Guard Chip nel sistema Intuvo 9000.
3,8 8,8 13,8 18,8 23,8Tempo (min)
7890: taglio della colonna
Intuvo: sostituzione del Guard Chip
A
B
18
3,8 8,8 13,8 18,8 23,8Tempo (min)
19 20 21
18 19 20 21
www.agilent.com/chem
Le informazioni fornite possono variare senza preavviso.
© Agilent Technologies, Inc. 2016, 2018 Stampato negli Stati Uniti, 17 ottobre 2018 5991-7256ITE
Bibliografia1. Padilla‑Sánchez, J.
A.; Plaza‑Bolaños, P.; Frenich, A. G. Applications and Strategies Based on Gas Chromatography‑Low‑Resolution Mass Spectrometry (GC‑LRMS) for the Determination of Residues and Organic Contaminants in Environmental Samples. In Advanced Techniques in Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS-MS and GC-TOF-MS) for Environmental Chemistry; Ferrer, I.; Thurman, M. Eds.; Elsevier Oxford, 2013; Vol. 61, pp 181‑199.
2. Semivolatile Organic Compounds by Gas Chromatography/Mass Spectrometry (GC/MS); Method 8270D; United States Environmental Protection Agency, Revisione 4, Febbraio 2007.