Stabilità delle sacche per campioni di gas

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Questo rapporto è stato redatto da Linda Coyne, Cindy Kuhlman e Nicole Zovak di SKC Inc. Il titolo originale di questo rapporto è: “La stabilità dei composti solforati, dei gas a basso peso molecolare e dei COV in cinque materiali per sacche di campionamento dell’aria”. Samplebags.eu non si attribuisce la paternità di questo rapporto.

Le sacche di campionamento sono utilizzate da molti anni per raccogliere campioni istantanei di gas e vapori contaminanti nell’aria. Originariamente sviluppate per il mercato dell’igiene industriale, le sacche di campionamento hanno guadagnato popolarità anche in applicazioni ambientali, tra cui: (1) l’indagine sui reclami relativi agli odori presso fabbriche, raffinerie e impianti di trattamento delle acque reflue, (2) il campionamento di materiali ad alta pressione di vapore in cui i sorbenti solidi non sono adatti, (3) il campionamento in discarica e (4) il trasporto e la preparazione di standard di calibrazione per strumenti a lettura diretta e gascromatografi.

Nel marzo 2009, DuPont® ha annunciato il suo piano di “eliminare gradualmente il supporto” per il film Tedlar® nel mercato delle sacche di campionamento. L’eliminazione del film Tedlar, un pilastro nei mercati dell’igiene industriale e ambientale per molti anni, ha catalizzato lo studio e l’adozione di altri film come alternative al Tedlar per il campionamento in sacchi. Nel 2012, DuPont ha annunciato che, a causa delle condizioni di mercato, il film Tedlar sarebbe stato nuovamente disponibile per il mercato dei sacchi di campionamento. Pertanto, questo rapporto include dati sul Tedlar e sulle prestazioni di altri quattro film. Ogni tipo di film presenta una combinazione unica di caratteristiche, tra cui i livelli di fondo e la capacità di contenere determinati gruppi di composti. Le caratteristiche del film devono essere tenute in considerazione nella scelta di un film per sacchi di campionamento per una specifica applicazione. A tal fine, sono stati condotti studi su diversi film per sacchi per determinarne l’idoneità a diversi gruppi di composti.

In questo rapporto sono stati valutati i seguenti sacchi di campionamento di gas:

Per l’efficacia nel trattenere 32 composti organici volatili (COV). I COV comprendevano un’ampia classificazione di sostanze chimiche, tra cui idrocarburi aromatici e alifatici, idrocarburi clorurati, chetoni, acetati e alcoli. Alcuni film sono stati valutati anche per la stabilità a 2 giorni nel trattenere 20 composti dello zolfo e composti a basso peso molecolare come ammoniaca, monossido di carbonio (CO), anidride carbonica (CO₂), metano, esafluoruro di zolfo (SF₂) e anidride solforosa.

Stabilità dell’esperimento nei sacchetti per campioni di gas

Durante lo studio, i test sono stati condotti utilizzando sacche da 1 litro di ciascun tipo di film dotate di un singolo raccordo in polipropilene. I COV sono stati testati iniettando volumi noti dell’analita in esame nella sacca riempita di azoto. Le concentrazioni variavano da 200 a 300 ppm, a seconda degli analiti. Le sacche sono state mantenute in equilibrio per 20-30 minuti. L’analisi è stata eseguita il giorno 0, il giorno 1 e il giorno 2 estraendo 100 µl di un campione di gas dalla sacca e iniettandolo direttamente in un gascromatografo (GC) dotato di rivelatore a ionizzazione di fiamma (FID).

I composti solforati sono stati testati presso Air Toxics Inc. utilizzando una bombola certificata contenente 20 composti solforati in azoto. Il livello di prova di ciascun composto era al livello minimo di 90 ppb, poiché si tratta principalmente di un’applicazione ambientale. Le sacche sono state mantenute in equilibrio per circa 2 ore. L’analisi è stata eseguita il giorno 1 e il giorno 2. I campioni sono stati analizzati secondo il metodo di prova standard ASTM D-5504 utilizzando un gascromatografo dotato di rivelatore a chemiluminescenza di zolfo (SCD). Il metodo prevedeva l’iniezione diretta del campione d’aria nel gascromatografo tramite un loop di campionamento fisso da 2,0 ml.

Ammoniaca, anidride carbonica, monossido di carbonio, metano, esafluoruro di zolfo (SF6) e anidride solforosa sono stati analizzati utilizzando bombole certificate Scotty 17. I livelli di concentrazione nelle bombole erano rispettivamente di 50 ppm, 50 ppm, 1000 ppm, 5000 ppm, 1 ppm e 20 ppm per questi composti. Le sacche sono state riempite con i singoli gas di prova e lasciate equilibrare per 20-30 minuti. L’analisi è stata condotta il giorno 0, il giorno 1 e il giorno 2. Ammoniaca, anidride carbonica, monossido di carbonio e anidride solforosa sono stati analizzati utilizzando fiale color detector Dräger®. Il metano è stato analizzato estraendo 100 µL di un campione di gas dal sacchetto e iniettandolo in un gascromatografo dotato di rivelatore a ionizzazione di fiamma. L’esafluoruro di zolfo è stato analizzato mediante gascromatografia con rivelatore a cattura di elettroni (ECD).

Risultati e discussione

Le valutazioni dei sacchi devono includere sia la stabilità che le informazioni di base, poiché entrambi sono fattori critici quando si raccolgono campioni di gas e vapori nell’aria. I dati sulla stabilità dei COV (percentuale di recupero) per i 5 film testati sono riportati nella Tabella 1. I sacchi SamplePro FlexFilm, FlexFoil PLUS, SamplePro PVDF (Kynar® PVDF) e Tedlar hanno mostrato una buona stabilità dei COV; il fondo totale dei COV per FlexFilm, FlexFoil PLUS e PVDF (Kynar® PVDF) era nell’intervallo medio o inferiore. FluoroFilm FEP ha mostrato un fondo di COV trascurabile, ma la stabilità chimica era scarsa dopo 2 giorni di conservazione. Sulla base dei risultati di questo studio, SamplePro FlexFilm, FlexFoil PLUS, SamplePro PVDF (Kynar® PVDF) e Tedlar sarebbero le scelte migliori per il campionamento dei COV.

Venti composti dello zolfo sono stati testati utilizzando 4 film per sacchi. La Tabella 2 mostra la stabilità (percentuale di recupero) dei composti in ciascuna pellicola, mentre la Tabella 3 mostra i dati di fondo per le pellicole. SamplePro FlexFilm ha mostrato elevati valori di fondo per idrogeno solforato e solfuro di carbonile; questa pellicola non deve essere utilizzata per raccogliere i composti testati a livelli di ppb. FlexFoil PLUS ha mostrato un basso fondo e la migliore stabilità complessiva per idrogeno solforato e solfuro di carbonile. Mentre il fondo per idrogeno solforato nella pellicola SamplePro PVDF (Kynar) era sufficientemente basso da essere utilizzato per la rilevazione a livello di ppb di idrogeno solforato e solfuro di carbonile, la stabilità dell’idrogeno solforato era di circa il 73% dopo 1 giorno di conservazione. FluoroFilm FEP ha mostrato il fondo più basso tra le pellicole valutate, ma la stabilità più scarsa per tutti i 20 composti, sulla base di 2 giorni di conservazione. La scelta del sacchetto appropriato dipende dal composto solforato specifico e dal tempo di conservazione desiderato. Se un campione può essere raccolto in un sacchetto e analizzato entro 24 ore, l’utente potrebbe avere diverse opzioni.

I dati sulla stabilità per ammoniaca, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano, esafluoruro di zolfo e anidride solforosa sono presentati nella Tabella 4. SamplePro FlexFilm, SamplePro PVDF (sacchetti Kynar® PVDF), FlexFoil PLUS (sacchetti in alluminio) e Tedlar hanno mostrato una buona stabilità dopo 2 giorni di conservazione per 4 dei composti testati; FluoroFilm FEP ha mostrato una minore stabilità dopo 2 giorni di conservazione. Tutti i film hanno mostrato una buona stabilità per l’esafluoruro di zolfo.

Riepilogo

Sulla base dei dati dello studio, le migliori scelte di film per la raccolta dei COV sono SamplePro FlexFilm, FlexFoil PLUS (sacchetti in alluminio), SamplePro PVDF (sacchetti in Kynar® PVDF) e Tedlar. FlexFoil PLUS e SamplePro PVDF (Kynar® PVDF) sono le alternative ottimali per la raccolta dei composti solforati. SamplePro FlexFilm, FlexFoil PLUS, SamplePro PVDF (Kynar® PVDF) e Tedlar sono le migliori alternative di film per CO, CO2 e metano. Tutti i film testati possono essere utilizzati per l’esafluoruro di zolfo con buoni risultati. La scelta corretta del film dipende dalla combinazione specifica delle caratteristiche del film del sacchetto con il composto da campionare, dal livello di concentrazione e dal tempo intercorso tra la raccolta del campione e l’analisi.

Tabella 1, stabilità dei COV in cinque diversi sacchetti campione (% recupero)
CompostoFormula molecolareSamplePro FlexFilmSamplePro PVDFFlexFoil PLUSFluoroFilm(FEP)Tedlar PVF
SamplePro FlexFilmKynar Bags PVDFMulti-Foil BagsTeflon FEP BagsTedlar Bags PVF
Tage 1Tage 2Tage 1Tage 2Tage 1Tage 2Tage 1Tage 2Tage 1Tage 2
AcetoneC₃H₆O96,788,981,669,89997,889859995
AcetonitrileC₂H₃N6955,15536,394,284,565427466
AcrilonitrileC₃H₃N76,162,25954,198,299,577599080
Cloruro di allileC₃H₅Cl95,691,995,790,898,595,6928910294
BenzeneC₆H₆9695,2847893,198,2937910498
BromoetanoC₂H₅Br95,290,994,595,495,298888699100
1,3-ButadieneC₄H₆80869092899284739995
ButanoC₄H₁₀919693100868894949894
Acetato di butileC₆H₁₂O₂85,191,871,659,688,188,77266104102
Tetracloruro di carbonioCCl₄10194,39995,399,1959591104102
CloroformioCHCl₃98,795,997,595,496,297,196939895
1,2-DicloroetanoC₂H₄Cl₂91,582,984809288897910097
DicloropropanoC₃H₆Cl₂86,276,710199,999,398,59086105101
Acetato di etileC₄H₈O₂ (of CH₃COOC₂H₅)94,995,483,574,510097,394949896
EtileneC₂H₄104100101104108949994100102
EptanoC₇H₁₆96,71069386,999,21018887100100
EsanoC₆H₁₄9998,997,310195,899,49895101101
IsoottanoC₈H₁₈ (2,2,4-Trimethylpentane)10097,999,196,987,586,1979610097
Alcol isopropilicoC₃H₈O99,191,797,490,51011001029810199
MetiletilchetoneC₄H₈O96,295,870,463,396,510190839998
Cloruro di metileneCH₂Cl₂93,287,210194,598,7101847710297
Etere metil-terz-butilicoC₅H₁₂O99,299,1969892889997101101
OttanoC₈H₁₈10498,71059198,493,1918410097
PercloroetileneC₂Cl₄94,884,99387,385,382,4816910594
PropileneC₃H₆ (of CH₂=CHCH₃)10099100,897,198,697,99791103104
Ossido di propileneC₃H₆O93,390,191,884,410210194899695
TetraidrofuranoC₄H₈O96,793,691,884,810199,39088103100
TolueneC₆H₅CH₃10792,977,876,290,591,581749692
1,1,1-TricloroetanoCH₃CCl₃94,993,696,794,686,584,610097104101
TricloroetileneC₂HCl₃92,482,995,189,193,794,68069104103
Cloruro di vinilideneCCl₂CH₂95,691,898,896,298,399,59692102100
p-XileneC8H10 (or C6H4 (CH3)2)85,982,76949978976658983
Tabella 2, stabilità dei composti dello zolfo in quattro sacchi diversi (% di recupero)
CompostoFormula molecolareSamplePro FlexFilmSamplePro PVDFFlexFoil PLUSFluoroFilm(FEP)
SamplePro FlexFilmKynar Bags PVDFMulti-Foil BagsTeflon FEP Bags
Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2
n-butilmercaptanoC₄H₉SH69,55062,539,847,85074,560,2
terz-butilmercaptano(CH₃)₃CSH92,592,596,88591,498,88678
disolfuro di carbonioCS₂8074,188,377,758,954,458.3*35.6*
solfuro di carbonileOCS126.0*135.0*93.3*80.0*98.9*108.0*82.9*71.2″
disolfuro di etileC₂H₅–S–S–C₂H₅68,254,153,336,711,112,262,949,5
solfuro di etileC₂H₅–S–C₂H₅88,283,984,271,625,613,37866
disolfuro di metileCH₃–S–S–CH₃77,369,377,359,142,244,47462
solfuro di metileCH₃–S–CH₃90,989,889,178,381,474,47769
2,5-dimetiltiofeneC₆H₈S68,654,748,933,31415,56045,3
etilmercaptanoC₂H₅SH81,376,9887592,197,87865
etilmetilsolfuroCH₃–S–C₂H₅88,283,993,378,952,2407768
2-etiltiofeneC₆H₈S72,26065,145,817,817,86553
idrogeno solforatoH₂S7.8*2.2*73,146,2104,410272,247,8
isobutilmercaptano(CH₃)₂CHCH₂SH81,369,281,56262,264,48367
isopropilmercaptano(CH₃)₂CHSH89,28690,477,792,998,88474
metilmercaptanoCH₃SH78.9*67.8*8773,993,41027457
3-metiltiofeneC₅H₆S75,965,567,550,632326753
n-propilmercaptanoC₃H₇SH807084,664,877,882,27966
tetraidrotiofeneC₄H₈S79,670,4571,653,4007156
tiofeneC₄H₄S81,675,980,764,861,162,27664
Tabella 3, dati di base per i film/fogli
CompostoFormula molecolareSamplePro FlexFilmSamplePro PVDFFlexFoil PLUSFluoroFilm(FEP)
SamplePro FlexFilmKynar Bags PVDFMulti-Foil BagsTeflon FEP Bags
Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2
n-butile mercaptanoC₄H₉SHNDNDNDNDNDNDNDND
terz-butile mercaptano(CH₃)₃CSHNDNDNDNDNDNDNDND
disolfuro di carbonioCS₂NDNDNDNDNDND6,59
solfuro di carbonileOCS466811135,7104,45,9
disolfuro di dietileC₂H₅–S–S–C₂H₅NDNDNDNDNDNDNDND
solfuro di dietileC₂H₅–S–C₂H₅NDNDNDNDNDNDNDND
disolfuro di dimetileCH₃–S–S–CH₃NDNDNDNDNDNDNDND
solfuro di dimetileCH₃–S–CH₃NDNDNDNDNDNDNDND
2,5-dimetiltiofeneC₆H₈SNDNDNDNDNDNDNDND
etil mercaptanoC₂H₅SHNDNDNDNDNDNDNDND
etil metil solfuroCH₃–S–C₂H₅NDNDNDNDNDNDNDND
2-etiltiofeneC₆H₈SNDNDNDNDNDNDNDND
idrogeno solforatoH₂S2022NDNDNDNDNDND
isobutil mercaptano(CH₃)₂CHCH₂SHNDNDNDNDNDNDNDND
isopropil mercaptano(CH₃)₂CHSHNDNDNDNDNDNDNDND
metil mercaptanoCH₃SH914NDNDNDNDNDND
3-metiltiofeneC₅H₆SNDNDNDNDNDNDNDND
n-propile mercaptanoC₃H₇SHNDNDNDNDNDNDNDND
tetraidrotiofeneC₄H₈SNDNDNDNDNDNDNDND
tiofeneC₄H₄SNDNDNDNDNDNDNDND
Tabella 4, stabilità di ammoniaca, monossido di carbonio, anidride carbonica, metano, esafluoruro di zolfo e anidride solforosa in cinque diversi sacchi (% di recupero)
CompostoFormula molecolareSamplePro FlexFilmSamplePro PVDFFlexFoil PLUSFluoroFilm(FEP)Tedlar PVF
SamplePro FlexFilmKynar Bags PVDFMulti-Foil BagsTeflon FEP BagsTedlar Bags PVF
Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2Giorno 1Giorno 2
AmmoniacaNH₃1810662716859286237
Monossido di carbonioCO1001001009010010090509090
Diossido di carbonioCO₂10090100100991009050100100
MetanoCH₄969210010199100847210199
Esafluoruro di zolfoSF₆10499,896,89298,193,296,492,894,793,2
Diossido di zolfoSO₂80676753003308067