Jatkuvatoimisen ionikromatografin käyttöönotto ja osittainen validointi

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Ilmatieteen laitokselle ilmakemian epäorgaanisessa laboratoriossa. Työn tavoitteena oli ottaa käyttöön jatkuvatoiminen ionikromatografi MARGA 2S ADI 2080 ja tutkia sen tulosten luotettavuutta osittaisella validoinnilla ja vertailumittausten avulla. MARGA-laitteistolla määritetään ilman epäorgaanisten kaasujen (HCl, HNO2, HNO3, SO2, NH3) sekä PM2.5- ja PM10- hiukkasten sisältämien ionien (Cl–, NO3–, SO42–, Ca2+, Na+, K+, Mg2+, NH4+) pitoisuuksia ilmasta.

Validoitavat parametrit olivat toteamis- ja määritysrajat sekä kaasunäytteiden toistettavuus. Toteamis- ja määritysrajat laskettiin tehtyjen manuaali-injisointien pohjalta ja tuloksia verrattiin valmistajan lupaamiin rajoihin sekä vertailumenetelmän rajoihin. Valmistajan antamat rajat todettiin noin kymmenen kertaa pienemmiksi verrattuna laskennallisiin rajoihin. Vertailumenetelmän kationien rajat olivat samaa luokkaa laskennallisten rajojen kanssa. Kaasutulosten toistettavuutta tutkittiin suhteellisen keskihajonnan avulla. Todettiin, että rikkidioksidin toistettavuus oli suurin ja kaikkien kaasujen tulokset hyväksyttäviä.

Vertailumittauksissa todettiin sulfaatin, nitraatin ja ammoniumin tulosten olevan luotettavia. Kloridin määritystä vaikeuttivat pienet pitoisuudet sekä kolonnien nopea kuluminen. Natriumin ja kaliumin pitoisuudet olivat hyvin pieniä. Lisäksi laitteistossa havaittiin kontaminaatiota magnesiumista ja kalsiumista, joiden todelliset ilmapitoisuudet ovat pieniä. Kontaminaatio ja kationeiden pienet pitoisuudet ratkaistiin asentamalla tavallisen loopin tilalle konsentrointilooppi, jolla näytteet konsentroidaan kymmenkertaisesti.

Opinnäytetyön tulosten perusteella MARGA-laitteisto soveltuu sulfaatin, nitraatin ja ammoniumin sekä rikkidioksidin, typpihapon ja typpihapokkeen luotettavaan kvantitointiin. Muiden analyyttien osalta laitteisto vaatii lisätutkimuksia. Laitteiston käyttöönotossa kuitenkin onnistuttiin, ja laitteisto mittaa tällä hetkellä taustailmaa Hyytiälän metsäasemalla.

This Bachelor´s thesis was carried out for the laboratory of air chemistry of Finnish Meteorological Institute. The purpose of this thesis was to introduce a continuous ion chromatograph MARGA 2S ADI 2080 and examine the reliability of the results by partial validation and reference measurements. MARGA-hardware is an on-line monitor for inorganic gasses (HCl, HNO2, HNO3, SO2, NH3) and PM2.5- and PM10-aerosols (Cl–, NO3–, SO42–, Ca2+, Na+, K+, Mg2+, NH4+) in ambient air.

The validation parameters were the following: detection and quantitation limits and the repeatability of the gas results. The detection and quantitation limits were calculated by the results of manual injections. The calculated results were compared with the manufacturer´s limits and with the limits of the reference method. The detection limits informed by the manufacturer were found out to be approximately ten times smaller when compared with the calculated limits. The calculated detection limits of cations were close to the detection limits of the reference method. The repeatability of the gas results was examined by the relative standard deviation. The repeatability of sulphur dioxide was found out to be the highest but all gas results were acceptable.

The reference measurements pointed out that the results of sulphate, nitrate and ammonium were reliable. The analysis of chloride was difficult due to low concentrations and fast deterioration of the column. The concentrations of sodium and potassium were also very low. Magnesium and calcium concentrations were found out to be too high due to contamination. The contamination and low concentrations were solved by installing a preconcentration loop instead of an ordinary loop. With the new preconcentration loop the samples were concentrated ten times.

The results of this thesis pointed out that the MARGA-hardware was suited for the analysis of sulphate, nitrate, ammonium, sulphur dioxide, nitric acid and nitrous acid in ambient air. The other analytes require additional research. The introduction of the hardware was successfully achieved and at present the MARGA-hardware is measuring ambient air at Hyytiälä forestry field station.