Online-analyse af uorganiske og organiske forureninger med et mobilt massespektrometer. Det giver mulighed for at registrere forureningskilder hurtigt og forståeligt.
Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 8, 2020 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Af Rebecca Wagner, Dr Marvin Shaw og Dr David Carslaw, University of York, Wolfson Atmospheric Chemistry Laboratories, Department of Chemistry
Registrering af forureninger i byområder (og for den sags skyld også i landområder) er vigtig på grund af deres negative indvirkning på folkesundheden samt det omgivende miljø. Her kan nævnes: hjerte-kar-sygdomme, astma, hoste, visse typer af kræft; dannelse af lavtliggende ozonlag som er medvirkende til smog og som kan virke hæmmende på plantevækst.
Det mobile laboratorium
Derfor har vi opbygget et mobilt laboratorium for at kunne måle udendørs forureninger med en samtidig registrering af fundstedet. Dette er testet i York-området. Systemet består af et SIFT, Voice 200 massespektrometer, som anvender forskellige reagens-ioner (H3O+, NO+ og O2+). Dette giver mulighed for nogen selektivitet i analysen, da reaktionsvejene ofte er forskellige for de enkelte ioniseringsmuligheder, og slutprodukterne frit kan vælges til at repræsentere de enkelte komponenter.
Hurtigt overblik
Almindeligvis bruges få enkeltkomponenter som indikatorer for helheden, eller også opsamles VOC’er på termisk desorptionsrør (TD) eller aktivt kul, hvorefter disse detailanalyseres med GC/MS. Specielt for sidstnævnte er det imidlertid vanskeligt at opnå et samlet billede, da der nødvendigvis opsamles prøver på enkeltpositioner på et givet tidspunkt. Derfor er et mobilt massespektrometer med online-analyse, som giver et komplet billede på få sekunder, mere velegnet til at give et overblik over forureninger samt eventuelt medvirke til at opspore disse. Kombinationen af disse data med GPS er velegnet til at give såvel trænede analytikere som lægpersoner et nemt forståeligt overblik over mulige forureninger samt deres kilder. Der kan bestemt argumenteres for, at et semi-selektivt MS-system aldrig vil kunne give samme detaljerede information som en TD-GC/MS-analyse. På den anden side vil ingen GC/MS-analyse kunne give det detaljerede overblik som en GPS/MS-registrering af en hel by – på kort tid vel at mærke – kan give.
Samtidig giver et mobilt massespektrometer også mulighed for hurtigt at detektere og registrere flygtige forureninger fra industrier, for eksempel NH3 fra svinefarme eller forureninger på havet og i havne fra afbrænding af tung diesel.
Data i realtid under kørsel
I figur 1 ses den varevogn, vi har anvendt til formålet, samt indbygningen af SIFT, med en støddæmpende ramme for at beskytte massespektrometeret. I vognen blev der desuden indbygget et transportabelt elanlæg samt en bærbar datastation til styringen af systemet/opsamling af GPS-data. Data opsamlet på turene rundt i York blev normalt analyseret efter kørslen, men det er muligt at opsamle og se data i realtid under kørslen, hvis det ønskes – eventuelt for at få et første overblik over, hvilke områder der skal satses på efterfølgende. Ved analyserne af data efter kørslen samlede vi disse i mindre GPS-blokke og tog middelværdien af de fundne koncentrationer. Dette gjorde vi, idet det eliminerede tilfældige ”spikes” i data, hvilket gav et mere reelt billede af den mulige forurening.
Data fra kørsel i York
Det mobile massespektrometer har som nævnt været anvendt til at registrere emissionskilder i York, og i det efterfølgende viser vi udvalgte data fra en enkelt kørsel i området. Vi har valgt nogle markører, og i tabel 1 viser vi, hvilke reagens-ioner vi har anvendt til disse. Vi vil også gerne give et par konkrete eksempler på den opsamlede information.
NO2: NO2 er interessant, idet det er en almindelig forurening i byer. Det dannes i bilers udstødning, og er medvirkende til blandt andet nedsat lungefunktion.
I figur 2 ses registrering af NO2 i de kørte gader i York. På kortet ses tydeligt, hvor koncentrationen nåede op over 60 ppb. Specielt interessant er Rougier Street, rød pil, hvor der er mange stoppesteder for busser. Til sammenligning ses et langt sammenhængende mørkeblåt område i bunden af oversigtskortet (Heslington Lane/Main Street), som ligger i yderkanten af York, og altså et mindre ”tæt” område. Her nåede ingen af de målte koncentrationer over 20 ppb.
Acetone: Ved forøget tilsætning af alkoholer til brændstof er der også en forøget sandsynlighed for dannelsen af carbonylforbindelser. Et bemærkelsesværdigt fund blev gjort i Gillygate, se figur 3, vist med den røde pil. Middelværdien for acetone var 2 ppb, men her blev der fundet 65 ppb. Dette skyldes sandsynligvis tilstedeværelsen af et par ”neglebarer”. Fundet af acetone blev konfirmeret med GC.
Lovende teknik
Vi mener, at teknikken er lovende med henblik på at registrere forureningskilder på nem forståelig vis på et niveau, som ikke tidligere er set. Teknikken er ikke så selektiv som egentlig TD-GC/MS, men letheden hvormed data er opsamlet og muligheden for præsentation af data, er ikke set før. Hvis enkeltdata skal konfirmeres, bør de indsamlede resultater kontrolleres med egentlig TD-GC/MS-analyse.
Oversættelse: Jens Glastrup
E-mail:
Jens Glastrup: jens@msconsult.dk
