An HPAE-PAD method for determination of saccharides in atmospheric aerosol samples

Význam tématu

Analýza vodou rozpustných sacharidů v atmosférických aerosolech je klíčová pro charakterizaci zdrojů pevného aerosolu, sledování vlivu spalování biomasy a studium biologických a antropogenních procesů v atmosféře.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje jednoproudovou metodu vysokovýkonné aniontové výměnné chromatografie s pulzní amperometrickou detekcí (HPAE-PAD) pro stanovení 11–14 druhů sacharidů (anhydro cukry, monosacharidy a alditoly) v atmosférických aerosolech. Cílem je zjednodušit dosavadní postupy vyžadující dva různé chromatografické sloupce a zvýšit rozlišovací schopnost i analytickou robustnost metody.

Použitá metodika

Metoda využívá gradient hydroxidu sodného (200–800 mM) na Dionex CarboPac MA1 (4×250 mm) kolóně při 30 °C a průtoku 0,4 mL/min. Vzorky aerosolů se připravují pasivní difuzí na filtrační papír, extrahují se ultrapure vodou sonikací a filtrují. Kalibrace probíhá v rozsahu 0,024–50 mg/L pro většinu analyzovaných sloučenin.

Použitá instrumentace

• Ion Chromatography systém Thermo Scientific Dionex ICS-5000 RFIC, SP nebo DP pumpy
• Karbonátový kolona CarboPac MA1 Analytical & Guard (4×250 mm a 4×50 mm)
• Elektrochemický detektor s pulzní amperometrií, zlato na PTFE elektrodě
• Autosampler AS-AP s chlazenou vložkou (4 °C), objem injekce 25 µL

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda A (55 min) umožňuje baseline separaci 11 sacharidů s rozlišením ≥1,6 a tlakovým spádem ~1400 psi. Preciznost (RSD RT ≤0,07 % a plochy ≤4,3 %) a linearita (r² ≥0,998) splňují požadavky rutinní analýzy. Úpravou počátečního gradientu (metody B a C) lze navíc rozlišit arabitol, sorbitol a galactitol, čímž se počet analyzovatelných cukrů rozšiřuje na 14. Simulované aerosolové vzorky vykázaly recoverie 82–122 %, potvrzující adekvátní přesnost.

Přínosy a praktické využití metody

• Jediný kolona pro široké spektrum sacharidů výrazně zjednodušuje analytický postup
• Vysoká rozlišovací schopnost a nízké meze detekce vhodné pro čisté a komplexní aerosoly
• Metoda je plně validována z hlediska přesnosti, linearity a opakovatelnosti

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace vzorkování a on-line propojení s chromatografem pro kontinuální monitoring
• Rozšíření metody o další organické markery (aminokyseliny, organické kyseliny)
• Komplementární techniky, jako je hmotnostní spektrometrie, pro identifikaci neznámých původců

Závěr

Popsaná HPAE-PAD metoda na sloupci CarboPac MA1 nabízí robustní, validované řešení pro stanovení klíčových sacharidů v atmosférických aerosolech pomocí jediného kolonového systému, což zefektivňuje rutinní analýzy a umožňuje detailní studium emisních a sekundárních aerosolových procesů.

Reference

1. Simoneit B.R.T. et al. Sugars—dominant water-soluble organic compounds in soils and atmospheric particulate matter. Environ. Sci. Technol. 2004, 38, 5939–5949.
2. Yttri K.E. et al. Ambient aerosol concentrations of sugars and sugar-alcohols at four sites in Norway. Atmos. Chem. Phys. 2007, 7, 4267–4279.
3. Medeiros P.M. et al. Sugars as source indicators of biogenic organic carbon in aerosols. Atmos. Environ. 2006, 40, 1694–1705.
4. Elbert W. et al. Contribution of fungi to primary biogenic aerosols. Atmos. Chem. Phys. 2007, 7, 4569–4588.
5. Tominaga S. et al. Measurements of particulate sugars at urban and suburban sites. Atmos. Environ. 2011, 45, 2335–2339.
6. Fu P.Q. et al. Organic molecular composition of marine aerosols over the Arctic Ocean. Biogeosciences 2013, 10, 653–667.
7. Linuma Y. et al. Highly resolved anion-exchange method for saccharidic tracers. Atmos. Environ. 2009, 43, 1367–1371.
8. Barbaro E. et al. Sugars in Antarctic aerosol. Atmos. Environ. 2015, 118, 135–144.
9. Engling G. et al. Determination of levoglucosan in biomass combustion aerosol. Atmos. Environ. 2006, 40(Suppl. 2), 299–311.
10. Caseiro A. et al. Saccharides in atmospheric aerosol by HPAE-PAD. J. Chromatogr. A 2007, 1171–1172, 37–45.
11. Zhang Z. et al. Size-segregated biomass burning tracers in China’s Pearl River Delta. Atmos. Environ. 2015, 102, 290–301.
12. Yttri K.E. et al. Intercomparison of levoglucosan quantification methods. Atmos. Meas. Tech. 2014, 7, 125–147.
13. Thermo Scientific Dionex AN72580. HPAE-PAD glycoprotein monosaccharide analysis.
14. Thermo Scientific Dionex AN72210. Fast determination of biofuel sugars by HPAE-PAD.
15. Thermo Scientific Dionex TN71. Eluent preparation for HPAE-PAD.