背景

環(huán)氧乙烷(EtO)是一種致癌,、致突變的化合物,，常用于化學(xué)工業(yè)，特別是用作醫(yī)療產(chǎn)品的滅菌劑以及乙二醇生產(chǎn)過(guò)程中的反應(yīng)中間體,。由于它具有毒性,，聯(lián)邦、州和地方監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)于商業(yè)滅菌器內(nèi)及其周?chē)鷺O低含量的EtO的監(jiān)測(cè)非常關(guān)注,。

測(cè)量難度

采用四極桿質(zhì)譜法時(shí),，由于樣品中可能存在具有相同分子量的干擾物質(zhì)，包括CO?,、丙烷和乙醛,，因此低含量EtO的檢測(cè)一直具有挑戰(zhàn)性。EtO還具有高反應(yīng)性,，特別容易與酸類(lèi)發(fā)生反應(yīng),，因此很難收集穩(wěn)定的樣品以供后續(xù)實(shí)驗(yàn)室分析之用。滅菌設(shè)施的洗滌器系統(tǒng)可以利用酸類(lèi)水溶液將EtO轉(zhuǎn)化為乙二醇,，樣品中存在任何殘留的酸霧時(shí),，可能會(huì)造成部分EtO損失。EtO沸點(diǎn)較低,，導(dǎo)致其收集和濃縮困難。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn),，我們需要一種更優(yōu)的分析技術(shù)來(lái)實(shí)時(shí)直接測(cè)量EtO,。

解決方案

Thermo Scientific™ MAX-iR™ FTIR氣體分析儀采用了創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的Thermo Scientific™ StarBoost™技術(shù)應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。該光學(xué)增強(qiáng)解決方案顯著提高了MAX-iR分析儀的信噪比(SNR),，該分析儀的最低檢測(cè)限(MDL)為其他市售傅里葉變換紅外(FTIR)氣體分析儀的1/50,，且無(wú)需使用光程極長(zhǎng)的氣體池。光學(xué)增強(qiáng)型 FTIR(OE-FTIR)技術(shù)允許實(shí)時(shí)檢測(cè)含量低于十億分之一(<1 ppb)的EtO,。

基于這款MAX-iR分析儀的Thermo Scientific™ EMS-10™全自動(dòng)連續(xù)排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CEMS),，包括靈活的Thermo Scientific™ MAX-Acquisition™控制軟件，符合美國(guó)環(huán)保署(US EPA)的CEMS標(biāo)準(zhǔn),。

本應(yīng)用指南將實(shí)驗(yàn)室性能研究與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相結(jié)合,，描述了EMS-10系統(tǒng)是如何滿足EtO CEMS 應(yīng)用需求的。我們?cè)诒泵酪蛔虡I(yè)滅菌廠進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),，使用EMS-10系統(tǒng)連續(xù)測(cè)量煙囪總排口的EtO排放,。(US EPA ALT-142批準(zhǔn)在商業(yè)滅菌器處使用OE-FTIR代替氣相色譜(GC)法對(duì)EtO排放進(jìn)行測(cè)試，前提是符合《聯(lián)邦法規(guī)40章》第63款第O部分的監(jiān)管要求,。)

所有數(shù)據(jù)均由配置MAX-iR分析儀和StarBoost技術(shù)的EMS-10系統(tǒng)收集而來(lái),。FTIR的詳細(xì)配置信息見(jiàn)下表1。

表1. MAX-iR分析儀的詳細(xì)配置信息

表2. 參考?xì)馄啃畔?/span>

實(shí)驗(yàn)室性能研究

材料

上表2描述了測(cè)試方案中使用的經(jīng)認(rèn)證的EtO標(biāo)氣(稱(chēng)為“參考?xì)怏w”),，其中還包含作為示蹤劑用于動(dòng)態(tài)加標(biāo)回收研究的乙烷,。乙烯用作常規(guī)測(cè)試前QA/QC的校準(zhǔn)轉(zhuǎn)移標(biāo)氣(CTS),。氣體制造商通過(guò)與美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)可追溯校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)品和/或NIST氣體混合物參考物質(zhì)進(jìn)行直接比較來(lái)驗(yàn)證其成分。

使用超高純(UHP)氮?dú)庀♂寘⒖細(xì)怏w混合物并對(duì)MAX-iR分析儀進(jìn)行零點(diǎn)校準(zhǔn),。在研究之前,，對(duì)MAX-iR進(jìn)行常規(guī)的儀器診斷和直接校準(zhǔn)檢查，以確保分析儀正常工作,。

檢測(cè)限

檢測(cè)限(LOD)測(cè)試表明典型氣體基質(zhì)中背景之上可檢測(cè)到的EtO的最低量,。將EMS-10系統(tǒng)設(shè)置為以目標(biāo)樣品流速對(duì)環(huán)境實(shí)驗(yàn)室空氣進(jìn)行采樣。在連續(xù)7-11次1分鐘掃描期間測(cè)量EtO的響應(yīng)值,，將LOD定義為所得測(cè)量值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍,。結(jié)果見(jiàn)下表3。

表3. 環(huán)氧乙烷L(zhǎng)OD結(jié)果

準(zhǔn)確度和線性度

在接近排放標(biāo)準(zhǔn)濃度的水平下(也可以針對(duì)您的特定可執(zhí)行水平)測(cè)定EtO測(cè)量的準(zhǔn)確度和線性度,。向MAX-iR分析儀中加入EtO參考?xì)怏w,，進(jìn)行直接測(cè)量。然后,，使用氮?dú)鈱⒖細(xì)怏w稀釋到三個(gè)目標(biāo)濃度：低濃度(26.6ppb),、中濃度(51.9ppb)和高濃度(99ppb)。對(duì)每個(gè)濃度進(jìn)行三次測(cè)量,，總共進(jìn)行九次測(cè)量,，不得連續(xù)兩次采用相同的氣體濃度。計(jì)算每個(gè)濃度水平下的誤差百分比,，即用預(yù)期參考濃度與平均實(shí)測(cè)濃度之差除以量程值(99ppb),。為了測(cè)定線性度，繪制了預(yù)期與平均實(shí)測(cè)濃度關(guān)系圖來(lái)計(jì)算R2,。準(zhǔn)確度結(jié)果見(jiàn)下表4,。線性度結(jié)果見(jiàn)下圖1。

表4. 環(huán)氧乙烷準(zhǔn)確度結(jié)果

圖1. 環(huán)氧乙烷線性度結(jié)果

響應(yīng)時(shí)間

該測(cè)試測(cè)定了(以目標(biāo)樣品流速正常運(yùn)行的)EMS-10系統(tǒng)響應(yīng)EtO濃度變化所需的時(shí)間,。以超過(guò)樣品泵流量的流速向EMS-10系統(tǒng)中加入“零”氣,。然后，在高濃度(99 ppb) 下加入EtO參考?xì)怏w,，待EtO響應(yīng)穩(wěn)定(即變化率不超過(guò)1%)后,，測(cè)量達(dá)到滿量程的 95% 所需的時(shí)間(“上升時(shí)間”)(12秒)。再次加入零氣,，待EtO響應(yīng)穩(wěn)定后,，測(cè)量低于滿量程的 5%所需的時(shí)間(“下降時(shí)間”)(11 秒)(見(jiàn)下圖2)。

圖2. 環(huán)氧乙烷響應(yīng)時(shí)間

現(xiàn)場(chǎng)研究

結(jié)果和結(jié)論