Determination of volatile organic compounds (VOC) in work-room air using direct-reading PTR-MS and traditional air sampling methodologies

Abstract

PTR-MS was evaluated up against traditional air sampling methodologies by choosing compounds that were tested by injecting a known amount of reference compounds into the test chamber to create artificial atmospheres. Measurements were taken by means of traditional air sampling methodologies and by sampling straight from the chamber using PTR-MS. The traditional methods consisted of active sampling with sorbent tubes, overnight desorption using carbon disulphide/carbon disulphide with 2% Dimethylformamide followed by analysis using gas chromatography. The results were calculated as recovery using the total theoretic concentrations and compared. The purpose of the experiments was to explore the possibility in using PTR-MS as a direct-reading alternative to the traditional more time consuming methods in use at The National Institute of Occupational Health (NIOH). An additional purpose was to evaluate the test chamber for volatile organic compounds at a concentration area of 1-2 ppm. The advantage of using PTR-MS is avoiding sample preparation and monitoring compounds in seconds compared to the traditional methodologies that use gas chromatography and require sample preparation. Based on the experiments it may seem that the set-up for the test chamber will be best suited for compounds with a boiling point less than 120 °C. PTR-MS seems to work well with a great amount of the compounds tested but it may seem as if the instrument overestimates the concentrations in some cases and knowledge regarding the fragmentation patterns is important to achieve an accurate quantification. The ability to detect peak exposures as a result of the short response time (seconds) is a great advantage of using PTR-MS and may aid in the elucidating the sources of exposure in production processes. These peaks will be invisible when using traditional averaged air sampling methods; consequently PTR-MS can identify and help remove the peak exposures and thus the total exposure. Sammendrag PTR-MS ble testet opp mot tradisjonelle luftprøvetakningsmetoder ved å velge ut forbindelser som ble testet ved å injisere kjente mengder av referansestoffer i et prøvekammer for å lage kunstige atmosfærer. Det ble tatt prøver fra med tradisjonelle metoder og ved å ta målinger direkte fra kammeret med PTR-MS. De tradisjonelle metodene består av prøvetaking med kullrør, desorbering av kullet over natten i karbondisulfid/karbondisulfid med 2% dimetylformamid før analyse ved gasskromatografi. Resultatene ble beregnet opp mot teoretisk konsentrasjon og sammenlignet ved hjelp av ”recovery”verdiene. Målsetningen var å utforske muligheten for å anvende PTR-MS som et direktevisende alternativ til de mer tidkrevende tradisjonelle luftprøvetakingsmetodene i bruk ved Statens Arbeidsmiljøinstitutt (STAMI). I tillegg var det ønskelig å evaluere prøvekammeret for flyktige organiske forbindelser i konsentrasjonsområdet 1-2 ppm. Fordelen med å bruke PTR-MS er at man unngår prøveopparbeiding og at man kan identifisere og kvantifisere forbindelser i løpet av sekunder sammenlignet med de tradisjonelle metodene som benytter gasskromatografi og krever prøveopparbeidelse. Basert på eksperimentene utført kan det virke som oppsettet for prøvekammeret fungerer best for forbindelser med kokepunkt under 120 °C. PTR-MS ser ut til å fungere godt for en god del av forbindelsene testet, men det kan virke som den overestimerer konsentrasjonene i en del tilfeller og det er viktig å ha kunnskap om fragmentasjonsmønstre. Evnen til å detektere topper i eksponering på grunn av den korte responstiden er en stor fordel ved bruk av PTR-MS og kan hjelpe til med å identifisere kilder til eksponering i produksjonsprosesser. Disse toppene vil være usynlige i de tradisjonelle prøvetakingsmetodene da de benytter seg av gjennomsnittsverdier over større tidsrom. PTR-MS kan derfor identifisere og hjelpe til med å fjerne topper i eksponering og dermed senke totaleksponeringen.