背景

環氧乙烷(EtO)是一種致癌、致突變的化合物，常用于化學工業，特別是用作醫療產品的滅菌劑以及乙二醇生產過程中的反應中間體。由于它具有毒性，聯邦、州和地方監管機構對于商業滅菌器內及其周圍極低含量的EtO的監測非常關注。

測量難度

采用四極桿質譜法時，由于樣品中可能存在具有相同分子量的干擾物質，包括CO?、丙烷和乙醛，因此低含量EtO的檢測一直具有挑戰性。EtO還具有高反應性，特別容易與酸類發生反應，因此很難收集穩定的樣品以供后續實驗室分析之用。滅菌設施的洗滌器系統可以利用酸類水溶液將EtO轉化為乙二醇，樣品中存在任何殘留的酸霧時，可能會造成部分EtO損失。EtO沸點較低，導致其收集和濃縮困難。為了應對這些挑戰，我們需要一種更優的分析技術來實時直接測量EtO。

解決方案

Thermo Scientific™ MAX-iR™ FTIR氣體分析儀采用了創新開發的Thermo Scientific™ StarBoost™技術應對上述挑戰。該光學增強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，且無需使用光程極長的氣體池。光學增強型 FTIR(OE-FTIR)技術允許實時檢測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™全自動連續排放監測系統(CEMS)，包括靈活的Thermo Scientific™ MAX-Acquisition™控制軟件，符合美國環保署(US EPA)的CEMS標準。

本應用指南將實驗室性能研究與現場試驗相結合，描述了EMS-10系統是如何滿足EtO CEMS 應用需求的。我們在北美一座商業滅菌廠進行現場試驗，使用EMS-10系統連續測量煙囪總排口的EtO排放。(US EPA ALT-142批準在商業滅菌器處使用OE-FTIR代替氣相色譜(GC)法對EtO排放進行測試，前提是符合《聯邦法規40章》第63款第O部分的監管要求。)

所有數據均由配置MAX-iR分析儀和StarBoost技術的EMS-10系統收集而來。FTIR的詳細配置信息見下表1。

表1. MAX-iR分析儀的詳細配置信息

表2. 參考氣瓶信息

實驗室性能研究

材料

上表2描述了測試方案中使用的經認證的EtO標氣(稱為“參考氣體”)，其中還包含作為示蹤劑用于動態加標回收研究的乙烷。乙烯用作常規測試前QA/QC的校準轉移標氣(CTS)。氣體制造商通過與美國國家標準與技術研究院(NIST)可追溯校準標準品和/或NIST氣體混合物參考物質進行直接比較來驗證其成分。

使用超高純(UHP)氮氣稀釋參考氣體混合物并對MAX-iR分析儀進行零點校準。在研究之前，對MAX-iR進行常規的儀器診斷和直接校準檢查，以確保分析儀正常工作。

檢測限

檢測限(LOD)測試表明典型氣體基質中背景之上可檢測到的EtO的最低量。將EMS-10系統設置為以目標樣品流速對環境實驗室空氣進行采樣。在連續7-11次1分鐘掃描期間測量EtO的響應值，將LOD定義為所得測量值標準偏差的3倍。結果見下表3。

表3. 環氧乙烷LOD結果

準確度和線性度

在接近排放標準濃度的水平下(也可以針對您的特定可執行水平)測定EtO測量的準確度和線性度。向MAX-iR分析儀中加入EtO參考氣體，進行直接測量。然后，使用氮氣將參考氣體稀釋到三個目標濃度：低濃度(26.6ppb)、中濃度(51.9ppb)和高濃度(99ppb)。對每個濃度進行三次測量，總共進行九次測量，不得連續兩次采用相同的氣體濃度。計算每個濃度水平下的誤差百分比，即用預期參考濃度與平均實測濃度之差除以量程值(99ppb)。為了測定線性度，繪制了預期與平均實測濃度關系圖來計算R2。準確度結果見下表4。線性度結果見下圖1。

表4. 環氧乙烷準確度結果

圖1. 環氧乙烷線性度結果

響應時間

該測試測定了(以目標樣品流速正常運行的)EMS-10系統響應EtO濃度變化所需的時間。以超過樣品泵流量的流速向EMS-10系統中加入“零”氣。然后，在高濃度(99 ppb) 下加入EtO參考氣體，待EtO響應穩定(即變化率不超過1%)后，測量達到滿量程的 95% 所需的時間(“上升時間”)(12秒)。再次加入零氣，待EtO響應穩定后，測量低于滿量程的 5%所需的時間(“下降時間”)(11 秒)(見下圖2)。

圖2. 環氧乙烷響應時間

現場研究

結果和結論