Accurate Mass Analysis of Hydraulic Fracturing Waters
Aplikace | 2019 | Agilent TechnologiesInstrumentace
LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceAgilent Technologies
Souhrn
Význam tématu
Hydraulické štěpení („fracking") umožnilo ekonomické těžby ropy a plynu z ložisek dříve neproduktivních, avšak vyvolalo otázky ohledně náročnosti na vodu a kontaminace odpadních vod. Polypropylenové glykolové surfaktanty (PPG) používané při frackingu představují charakteristické stopovače, které se běžně nevyskytují v povrchových ani podzemních vodách. Jejich rychlá a přesná identifikace je proto klíčová pro environmentální monitoring a bezpečnou likvidaci odpadních vod.Cíle a přehled studie / článku
Cílem bylo vyvinout a demonstrovat analytickou metodu založenou na spojené technice UHPLC a Q-TOF MS spolu s použitím Kendrickovy hmotnostní odchylky pro selektivní detekci a identifikaci směsí PPG surfaktantů ve vzorcích odpadních a produkčních vod z hydraulického štěpení.Použitá instrumentace
- UHPLC: Agilent 1290 Infinity II, kolona ZORBAX Eclipse XDB-C8 (4,6 × 150 mm, 3,5 µm), teplota 25 °C, objem injekce 10 µL, mobilní fáze A: 0,1 % kyseliny mravenčí/voda, B: acetonitril, gradient 10 % B → 100 % B (0–30 min), průtok 0,6 mL/min.
- Q-TOF MS: Agilent 6545 LC/Q-TOF s ESI Jet Stream, pozitivní iontový mód, rozsah m/z 50–1 000, rozlišení ~30 000 (m/z 1 522), sušící plyn 10 L/min (325 °C), mlžící plyn 45 psig, pomocný plyn 11 L/min (350 °C), kapilární napětí 4 000 V, fragmentor 190 V.
Použitá metodika
Vzorky odpadních a produkčních vod z frackingu byly odebrány v USA (Colorado, North Dakota, Oklahoma, Texas) a uchovány při 4 °C. Separace směsí PPG surfaktantů probíhala UHPLC, následovala hmotnostní analýza Q-TOF MS. Pro třídění homologních řad surfaktantů byl využit Kendrickův mass defect – k přesné identifikaci variant PPG-EO4 až PPG-EO9 a jejich aduktů (H⁺, NH₄⁺, Na⁺). Data zpracovává MassHunter Software s přesnou hmotnostní databází (PCDL) a MS/MS verifikací struktur.Hlavní výsledky a diskuse
- Chromatogram ukázal dvě oblasti: PEG region (ret. čas 9–12,5 min, Δm = 44,03 Da) a PPG region (12–19 min, Δm = 58,04 Da).
- Kendrickův mass defect s faktorem 0,9992787 zpřesnil výpočet homologních sérií PPG-PO4 až PPG-PO9, všechny s konstantní odchylkou ~0,029–0,030.
- Izomerní variabilita PPG vedla k rozšířeným vrcholům (~1 min šířka) oproti ostře tvarovaným PEG (~12 s), což odráží asymetrickou strukturu polymeru a četné izomery.
- MS/MS fragmentace PPG-PO7 potvrdila ztrátu H₂O a řetězových odštěpků 58 Da v „zip“ mechanizmu, což dokládá přítomnost terminálního OH skupiny.
- Databáze PCDL umožnila automatickou identifikaci PPG surfaktantů ve více než 20 vzorcích z různých lokalit.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda poskytuje rychlou a vysoce selektivní analýzu PPG surfaktantů v komplexních matricích odpadních vod. Agilent LC/Q-TOF MS zaručuje přesnou hmotnost, vysoké rozlišení a citlivou detekci nízkých koncentrací. PPG surfaktanty se osvědčily jako spolehlivé markery frackovacích vod, což usnadňuje sledování šíření kontaminace.Budoucí trendy a možnosti využití
- Rozšíření PCDL o další třídy polymerních surfaktantů a jejich aduktů.
- Integrace on-line monitorování odpadních vod pomocí hyphenovaných technik LC-MS/MS.
- Využití strojového učení pro dešifrování izomerních směsí polymerů.
- Aplikace v regulaci průmyslových odpadů, ochrany vodních zdrojů a environmentálních studiích.
Závěr
Kombinace UHPLC a Q-TOF MS s využitím Kendrickovy hmotnostní odchylky představuje efektivní přístup pro analýzu polypropylenových surfaktantů ve vzorcích hydraulického štěpení. Vyvinutá metoda zaručuje přesnou identifikaci homologních sérií a spolehlivou detekci v různých geografických oblastech, čímž přispívá k lepšímu environmentálnímu řízení a monitoringu odpadních vod.Reference
- Thurman E. M.; Ferrer I. Analysis of hydraulic fracturing flowback and produced waters using accurate mass: identification of ethoxylated surfactants. Analytical Chemistry 2014, 86, 9653–9661.
- Thurman E. M.; et al. Identification of polypropylene glycols and polyethylene glycol carboxylates in flowback and produced water from hydraulic fracturing. Journal of Hazardous Materials 2017, 323, 11–17.
- Kendrick E. A mass scale based on CH2 = 14.0000 for high resolution mass spectrometry of organic compounds. Analytical Chemistry 1963, 35, 2146–2154.
Podobná PDF
Accurate Mass Analysis of Hydraulic Fracturing Waters: Identification of Polyethylene Glycol Surfactants by LC/Q-TOF-MS
2015|Agilent Technologies|Aplikace
Accurate Mass Analysis of Hydraulic Fracturing Waters: Identification of Polyethylene Glycol Surfactants by LC/Q-TOF-MS Application Note Authors Abstract E. Michael Thurman and Imma Ferrer A combination of UHPLC followed by LC/Q-TOF-MS was used to detect suites of Center for Environmental…
Klíčová slova
flowback, flowbackkendrick, kendrickhydraulic, hydraulicfracturing, fracturingmass, masstof, tofpolyethylene, polyethylenepegs, pegsaccurate, accurateglycol, glycoluhplc, uhplcion, ioncolorado, coloradocounts, countscompounds
Accurately Identify Emerging Environmental Chemical Contaminants - Application Compendium
2018|Agilent Technologies|AplikacePříručky
Find More, Miss Less Accurately Identify Emerging Environmental Chemical Contaminants Application Compendium Identify Emerging Contaminants in Air, Water, and Soil Today’s environmental analysis must be done more reliably, more efficiently, and with higher quality results than ever before. Unfortunately, pharmaceuticals,…
Klíčová slova
tof, tofmass, masscounts, countscompounds, compoundsaccurate, accuratewere, werescreening, screeningagilent, agilentusing, usingwater, waterpcdl, pcdlmasshunter, masshunterions, ionsenvironmental, environmentalcompound
Identification of Unknowns in Ground and Surface Water by LC/Q-TOF
2018|Agilent Technologies|Aplikace
Application Note Environmental Identification of Unknowns in Ground and Surface Water by LC/Q-TOF Authors E. Michael Thurman, Imma Ferrer University of Colorado, Center for Environmental Mass Spectrometry, Boulder, CO Jerry A. Zweigenbaum Agilent Technologies, Inc. Abstract Accurate mass analysis by…
Klíčová slova
platte, plattegroundwater, groundwaterpharmaceuticals, pharmaceuticalsalluvial, alluvialriver, riversuspect, suspectsouth, southtools, toolswater, watermass, masslamotrigine, lamotrigineaccurate, accuratesurface, surfacetransport, transportunknown
Comprehensive Investigation of Polymer Oxidation using Interactive Visualizations and User Modified Libraries in PolyMatchSuite
2025|Agilent Technologies|Postery
Poster Reprint ASMS 2025 Poster number ThP 752 Comprehensive Investigation of Polymer Oxidation using Interactive Visualizations and User Modified Libraries in PolyMatch Suite Wendi A Hale1; Jeremy P Koelmel2; Nicholas Oranzi3; David Weil4; Emma E. Rennie4; Paul Stelben2; Michael Kummer5;…
Klíčová slova
polymatch, polymatchyes, yespolysorbate, polysorbateoxidized, oxidizedgroups, groupspeg, pegpoe, poepolyoxyethylene, polyoxyethylenesuite, suitepolyethylene, polyethyleneoxidation, oxidationpolymer, polymerdefect, defectinteractive, interactivesurfactant