GC-SCD/FID, käyttöönotto ja ilmanäytteiden analyysin validointi

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Työterveyslaitoksen työympäristölaboratorioissa Helsingin toimipisteessä. Työn tavoitteena oli ottaa käyttöön uusi analyysilaite ja menetelmä ilmanäytteille pelkistyneiden rikkiyhdisteiden ja kaasumaisten hiilivetyjen analysoimiseksi. Tutkittavina rikkiyhdisteinä olivat rikkivety (H2S), karbonyylisulfidi (COS), metyylimerkaptaani (CH4S), etyylimerkaptaani (C2H6S) ja dimetyylisulfidi (DMS) sekä hiilivetyinä metaani (CH4), etaani (C2H6), propaani (C3H8) ja butaani (C4H10). Yhdisteet analysoitiin GC-SCD/FID – laitteistolla, joka on optimoitu kaasunäytteille.

Analyysimenetelmänä GC-SCD on monivaiheinen havaitsemismenetelmä rikkiyhdisteille, jossa komponentit ensin erotellaan toisistaan kaasukromatografissa. Erottuneet yhdisteet poltetaan korkeassa lämpötilassa ja palamistuotteena syntynyt rikkimonoksidi (SO) sekoitetaan otsonin (O3) kanssa. Reaktiosta tuotettu valo suodatetaan optisesti, signaali vahvistetaan ja detektoidaan. Tämä signaali on lineaarisesti verrannollinen näytteen sisältämän rikin määrään.

Työnsuoritus aloitettiin ajo-parametrien optimoinnilla. Validoinnin parametreinä olivat toteamis- ja määritysraja, mittausepävarmuus sekä säilyvyyskokeet. Toteamisrajaksi kaikille rikkiyhdisteille saatiin alle <0,02 ppm ja kokonaismittausepävarmuudeksi 14–39 %, riippuen yhdisteestä ja pitoisuustasosta.

Kevyiden hiilivetyjen osalta toteamisrajaksi saatiin kaikille yhdisteille <0,25 ppm ja kokonaismittausepävarmuudeksi 10–46 % pitoisuudesta ja yhdisteestä riippuen.

Säilyvyyskokeet osoittivat, että rikkiyhdisteet tulisi analysoida 48 tunnin sisällä. Metaanin, etaanin, propaanin ja butaanin pitoisuuksissa tapahtui muutoksia vasta 120 tunnin kuluttua näytteenotosta.

Työterveyslaitos tulee hyödyntämään analyysejä palvelutoiminnassaan.

This thesis was made at the Finnish Institute of Occupational Health at Work environment laboratories. The aim was to introduce a new analytical apparatus and method for the analysis of air samples of reduced sulfur compounds and gaseous hydrocarbons. The sulfur compounds to be examined were hydrogen sulphide (H2S), carbonyl sulphide (COS), methyl mercaptan (CH4S), ethyl mercaptan (C2H6S) and dimethyl sulphide (DMS) and as gaseous hydrocarbons methane (CH4), ethane (C2H6), propane (C3H8) and butane (C4H10). The compounds were analyzed by GC-SCD / FID optimized for gas samples.

As an analytical method, GC-SCD is a multistage detection method for sulfur compounds where the components are first separated from each other in a gas chromatograph. The separated compounds are burnt at high temperature and the sulfur monoxide (SO) generated as a combustion product is mixed with ozone (O3). The light generated from the reaction is optically filtered, the signal is amplified and detected. This signal is linearly proportional to the amount of sulfur contained in the sample.

Work execution started by optimizing by GC-SCD / FID parameters. Validation parameters were the limit of detection (LOD) and the limit of quantification (LOQ), measurement uncertainty, and stability. The detection limit for all sulfur compounds was <0.02 ppm and total uncertainty was 14 - 39%, depending on the compound and the concentration level.

For the light hydrocarbons, the detection limit for all the compounds was less than 0.25 ppm and the total measurement uncertainty was 10 - 46% depending on the concentration and the compound.

Stability tests show that sulfur compounds should be analyzed within 48 hours. Changes in methane, ethane, propane and butane occurred within 120 hours.

The Finnish Institute of Occupational Health will use these results in its service activities.