Mobilne chromatografy gazowe łączone ze spektrometrami ruchliwości jonów do zastosowań w analizie zanieczyszczeń środowiska

• Autorzy: Grabka M. , Budzyńska E. , Witkiewicz Z. , Puton J. , Jasek K.

Warianty tytułu

EN

Portable gas chromatographs joint with ion mobility spectrometers for analysis of environmental pollutants

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach w analizie zanieczyszczeń środowiska obserwuje się silną tendencję do prowadzenia analiz w miejscu występowania analitów (on-site). Podejście takie minimalizuje problemy przechowywania i transportu próbek z miejsca ich pobrania do laboratorium stacjonarnego, jak również skraca czas od pobrania próbki do uzyskania wyniku analizy. Obecnie do prowadzenia analiz polowych stosowane są między innymi mobilne urządzenia będące połączeniem chromatografu gazowego ze spektrometrem ruchliwości jonów (ang. Gas Chromatography – Ion Mobility Spectrometry – GC-IMS). Zalety techniki GC-IMS i możliwość jej potencjalnego wykorzystania w urządzeniach przenośnych dostrzeżono już w latach 70. XX wieku. W praktyce połączenie chromatografu gazowego ze spektrometrem IMS nastręczało wiele problemów technicznych. Dopiero wprowadzenie licznych rozwiązań konstrukcyjnych dedykowanych dla GC-IMS oraz miniaturyzacja chromatografów gazowych i spektrometrów ruchliwości jonów, o względnie prostej budowie i małym zużyciu energii, umożliwiły konstrukcję hybrydowych przyrządów przenośnych. Kompaktowe urządzenia są wykorzystywane w miejscach, w których przyrządy stacjonarne nie mają zastosowania, np. w polowych analizach zanieczyszczeń środowiska, sygnalizatorach skażeń bojowymi środkami trującymi czy w sondach kosmicznych. W dziedzinie analitycznych urządzeń przenośnych przyrządy GC-IMS stanowią alternatywę dla urządzeń GC-MS, przewyższając je pod względem mobilności, prostoty konstrukcji oraz niektórych właściwości analitycznych (np. bardzo dobrej wykrywalności). Urządzenia tego typu charakteryzują się jednak niższą selektywnością niż przyrządy GC-MS. W pracy zawarto opis rozwoju mobilnych urządzeń GC-IMS od koncepcji poprzez pierwsze konstrukcje aż do obecnie dostępnych rozwiązań.

EN

In the chemical analysis of environmental pollutions there is a strong tendency to perform fast on-site analysis using portable devices. This approach minimizes the problem of sample storage and transport from the place of collection to the stationary laboratory as well as reduces sampling-to-result time. Recently on-site analysis are often performed using mobile devices which are a combination of a gas chromatograph and ion mobility spectrometer (GC-IMS). Advantages of GC-IMS technique and its suitability for application as portable devices has already been noticed in the seventies of the twentieth century. As the first attempts have shown, the combination of a gas chromatograph and IMS detector in one device posed numerous technical issues. The gradual introduction of dedicated design solution and miniaturization of gas chromatographs and ion mobility spectrometers, allowed the construction of portable devices based on the joint technique. Compact devices are used in places where stationary instruments do not fit, e.g.: on-site analysis of environmental pollutions, portable CWA detectors or space probes. In the field of mobile analytical devices GC-IMS technique constitutes an alternative to GC-MS. GC-IMS devices exceeds GC-MS instruments in terms of mobility, simplicity, and some certain analytical characteristics (e.g. significantly lower detection limits). However device based on GC-IMS technique have a much lower selectivity than GC-MS instruments. This study presents an overview of the development of mobile GC-IMS devices from conception through the first constructions to currently available solutions in this domain.

Słowa kluczowe

PL

spektrometria ruchliwości jonów; chromatografia gazowa; GC-IMS; analityczne techniki łączone

EN

ion mobility spectrometry; gas chromatography; GC-IMS; analytical hyphenated techniques

• Wydawca: Centralny Ośrodek Badawczo-Rozwojowy Aparatury Badawczej i Dydaktycznej, COBRABiD sp. z.o.o
• Czasopismo: Aparatura Badawcza i Dydaktyczna
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 22, nr 2
• Strony: 107--116
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys, tab., wykr.

Twórcy

autor

Grabka M.

• Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie, Warszawa, Polska

autor

Budzyńska E.

• Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie, Warszawa, Poland

autor

Witkiewicz Z.

• Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie, Warszawa, Polska

autor

Puton J.

• Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie, Warszawa, Polska

autor

Jasek K.

• Wojskowa Akademia Techniczna Im. Jarosława Dąbrowskiego w Warszawie, Warszawa, Polska

Bibliografia

• 1. Eiceman G. A., Karpas Z., Hill H. H. jr., Ion Mobility Spectrometry, 3rd ed., Boca Raton, CRC/Taylor & Francis, 2013, 1-4.
• 2. Puton J., Namieśnik J., Ion mobility spectrometry. Current status and perspectives of application for chemical warfare agents detection, TrAC, 85 (2016), 10-20.
• 3. Baumbach J. I., Sielemann S., Xie Z., Schmidt H., Detection of the gasoline components methyl tertbutyl ether, benzene, toluene, and m-xylene using ion mobility spectrometers with a radioactive and UV ionization source, Anal. Chem., 75 (2003), 1483-1490.
• 4. Hill C. A., Thomas C. L. P., A pulsed corona discharge switchable high resolution ion mobility spectrometer-mass spectrometer, Analyst, 128 (2003), 55-60.
• 5. Satoha T., Kishia S., Nagashima H., Tachikawa M., Kanamori-Kataoka M., Nakagawa T., Kitagawa N., Tokita K., Yamamoto S., Seto Y., Ion mobility spectrometric analysis of vaporous chemical warfare agents by the instrument with corona discharge ionization ammonia dopant ambient temperature operation, Anal. Chim. Acta, 865 (2015), 39-52.
• 6. Kuklyaa A., Reineckeb T., Uteschila F., Kerpena K., Zimmermann S., Telghedera U., X-ray ionization differential ion mobility spectrometry, Talanta, 162 (2017), 159-166.
• 7. Cumeras R., Figueras E., Davis C. E., Baumbach J. I., Gràcia I., Review on ion mobility spectrometry. Part 1: current instrumentation, Analyst, 140 (2015), 1376-1390.
• 8. Schneider B. B., Nazarov E. G., Londry F., Vouros P., Covey T. R., Differential mobility spectrometry/mass spectrometry – history, theory, design, optimization, simulations, and applications, Mass Spectrom. Rev., 34 (2015), 687-737.
• 9. Kättö T., Paakkanen H., Karhapää T., Detection of CWA by means of aspiration condenser type IMS. Proceedings of the 4th Symposium: Protection Against Chemical Warfare Agents, Stockholm, czerwiec 1992, 223-224.
• 10. Tuovinen T., Paakkanen H., Hänninen O., Determination of soman and VX degradation products by an aspiration ion mobility spectrometry, Anal. Chim. Acta, 440 (2001), 151-159.
• 11. Cohen M. J., Karasek F. W., Plasma chromatography – a new dimension for gas chromatography and mass spectrometry, J. Chromatogr. Sci., 8 (1970), 330-337.
• 12. Cumeras R., Figueras E., Davis C. E., Baumbach J. I., Gràcia I., Review on Ion Mobility Spectrometry. Part 2: hyphenated methods and effects of experimental parameters, Analyst, 140 (2015), 1391-1410.
• 13. Kanu A. B., Hill H. H. jr., Ion mobility spectrometry detection for gas chromatography, J. Chromatogr. A, 1177 (2008), 12-27.
• 14. Borsdorf H., Mayer T., Response of halogenated compounds in ion mobility spectrometry depending on their structural features, Talanta, 83 (2011), 815-822.
• 15. Grabka M., Żukowski P., Witkiewicz Z., Zastosowanie chromatografii gazowej w pozaziemskich misjach badawczych, ABiD, 17 (2012), 69-77.
• 16. Palmer P. T., Limero T. F., Mass spectrometry in the U.S. space program: past, present, and future, J. Am. Soc. Mass. Spectrom., 12 (2001), 656-675.
• 17. Limero T., Brokenshire J., Cumming C., Overton E., Carney K., Cross J., Eiceman G. E., James J., A volatile organic analyzer for space station: description and evaluation of a gas chromatography/ion mobility spectrometer, SAE Int. J. of Aerosp., 101 (1992), 1416-1424.
• 18. Limero T., Cheng P., Reese E., Trowbridge J., Results of the air quality monitor’s experiment to measure volatile organic compounds aboard the International Space Station, 40th International Conference on Environmental Systems, Barcelona, lipiec 2010, 1-6.
• 19. Limero T., Wallace W., James J. T., Operational validation of the air quality monitor on the International Space Station, 44th International Conference on Environmental Systems, Tucson, lipiec 2014, 1-7.
• 20. Limero T., Nazarov E. G., Menlyadiev M., Eiceman G. A., Characterization of ion processes in a GC/DMS air quality monitor by integration of the instrument to a mass spectrometer, Analyst, 140 (2015), 922-930.
• 21. Sielemann S., Baumbach J. I., Schmidt H., Pilzecker P., Quantitative analysis of benzene, toluene, and m-xylene with the use of a UV-ion mobility spectrometer, Field Anal. Chem. Technol., 4 (2000), 157-169.
• 22. Aguilera-Herradora E., Cárdenasa S., Ruzsanyi V., Sielemann S., Valcárcel M., Evaluation of a new miniaturized ion mobility spectrometer and its coupling to fast gas chromatography multicapillary columns, J. Chromatogr. A, 1214 (2008), 143-150.
• 23. Yinon J., Counterterrorist Detection Techniques of Explosives, Rehovot, ELSEVIER SCIENCE, 2007, 80-88.
• 24. Caygill J. S., Davis F., Higson S. P., Current trends in explosive detection techniques, Talanta, 88 (2012), 14-29.
• 25. Cook G. W., LaPuma P. T., Hook G. L., Eckenrode B. A., Using gas chromatography with ion mo- bility spectrometry to resolve explosive compounds in the presence of interferents, J. Forensic Sci., 55 (2010), 1582-1591.
• 26. Kwan C., Snyder A. P., Erickson R. P., Smith P. A., Maswadeh W. M., Ayhan B., Jensen J. L., Jensen J. O., Tripathi A., Chemical agent detection using GC-IMS: a comparative study, IEEE Sensors J., 10 (2010), 451-460.
• 27. Reyes-Garcés N., Gómez-Ríos G. A., Souza Silva É. A., Pawliszyn J., Coupling needle trap devices with gas chromatography-ion mobility spectrometer detection as a simple approach for on-site quantitative analysis, J. Chromatogr. A, 1300 (2013), 193-198.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).