liu.seSearch for publications in DiVA
Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Solid-phase microextraction for determination of background levels and point-source emissions of volatile sulfur compounds in the bioindustry
Linköping University, The Tema Institute, Department of Water and Environmental Studies. Linköping University, Faculty of Arts and Sciences.
(English)Manuscript (preprint) (Other academic)
Abstract [en]

The present study was conducted to develop a rapid, matrix-independent technique for simultaneous analysis of nine different volatile sulfur compounds (VSCs) in complex gas matrices.The potential of using solid-phase microextraction (SP:ME) in this context was investigated, and, to achieve the best sensitivity and avoid artifact formation and competitive adsorption, pel'formance ofthe following fiber coatings was tested: Carboxen/polydimethylsiloxane (CARIPDMS),divinylbenzene/ polydimethyl-siloxane (DVBIPDMS), and Carboxen/divinylbenzene/polydimethylsiloxane (CAR/DVBIPDMS). The optimal injector temperature and desorption time for each fiber were dete1n1ined by experimental design. The samples analyzed were collected in Tedlar bags at a biogas facility and a sewage treatment plant to represent background levels and point-source emissions. The samples were subsequently dried over CaClz and preconcenti·ated bySPME, and the target compounds were analyzed by GC-MS. CARIPDMS induced the lowest level of artifact formation and initially also exhibited the broadest range of linear adsorption kinetics. Anextraction time of 2.5 min gave no matrix effects, despite the complexity of the samples, and the analytes were accurately quantified using extemal calibration curves below odor thresholds.Detection limits ranged from 0.008 (CS2) to 2.5 (H2S) ppbv, and the relative standard deviation was 4-16%.

Keyword [en]
Solid-phase microexh·acUon, Volatile sulfur compounds, Air analysis, Matrix effects, Artifact formation, Competitive adsmption
National Category
Social Sciences Interdisciplinary
Identifiers
URN: urn:nbn:se:liu:diva-79018OAI: oai:DiVA.org:liu-79018DiVA: diva2:537677
Available from: 2012-06-27 Created: 2012-06-27 Last updated: 2012-06-27Bibliographically approved
In thesis
1. Determination of Volatile Sulfur Compounds in Air and other Gas Matrices: Development and Applications of Solid-Phase Microextraction
Open this publication in new window or tab >>Determination of Volatile Sulfur Compounds in Air and other Gas Matrices: Development and Applications of Solid-Phase Microextraction
2003 (English)Doctoral thesis, comprehensive summary (Other academic)
Abstract [en]

Volatile sulphur compounds (VSCs) are frequently emitted during bioindustrial activities, such as production of biogas, sewage treatment, landfilling, pulpmilling, and the slaughtering of animals and meat processing. VSCs are reactive and malodorous, and they can also be detrimental to human health, therefore it is of great interest to be able to analyze these compounds.

However, the standard techniques that are now available for determination of VSCs entail detection limits that in some cases exceed the odor thresholds, and, what is more, they require the use of solvents and toxic reagents. In addition, a single standard method does not exist that can be used to analyze all the VSCs that are most often associated with bioindustrial processes.

In the present studies, a technique based on solid-phase microextraction (SPME) was developed for analysis of the VSCs that are commonly found in the bioindustry. The method could even be applied to very complex gas matrices representing point-source emissions of these compounds in amounts below their odor thresholds. Furthermore, the procedure constitutes an improvement compared to the other techniques employed to determine VSCs, because SPME is less time-consuming, it does not require the use of solvents or other chemicals, and it can extract all the compounds simultaneously. The potential of applying SPME for time-weighted average sampling of VSCs was also investigated. These experiments showed that the connnercially available fiber coating with the highest affmity for VSCs (i.e., Carboxen-polydimethylsiloxane)could achieve accurate determination of dimethyldisulfide, whereas use of thatcoating to collect the other compounds was highly influenced by externalparameters that are subject to variation. This work also included investigationsof several important aspects of SPME analysis of VSCs, such as the choice offiber coating, artifact formation, and the impact of various parameters on theextraction.

The current results demonstrate that the SPME methodology that was developed can be used to determine VSCs in different matrices and contexts within the bioindustry. More precisely, the technique was successfully employed for the following purposes: to determine background levels ofVSCs to which workers were exposed; to monitor VSC emissions during the biogas process; to supervise the quality of produced biogas; to investigate the efficiency of processes used for abatement of VSCs; and to ascertain the cause of odor problems.

Abstract [sv]

Den här avhandlingen behandlar bestämningen av en grupp föreningar som går under det gemensamma namnet flyktiga svavelföreningar. Dessa föreningar fmns naturligt i vår atmosfår, men kan även bildas genom mänsklig påverkan, till exempel under förbränning av fossila bränslen. Inom bioindustrin är dessa föreningar vanligt förekommande, därför att de kan bildas då bakterier bryter ner organiskt material under syrefria förhållanden. Bioindustrin är en gemensam benänrning för till exempel soptippar, biogasanläggningar, vattenreningsverk, pappersbruk ellerslakterier.

De flyktiga svavelföreningarna är av intresse i dessa sammanhang på gnmd av att de är illaluktande och giftiga, vilket i hög grad påverkar arbetsmiljön för personer som arbetar vid sådana industrier och för människor boende i närheten. Eftersom föreningarna är mycket reaktiva, ger de även upphov till korrosion i ledningar, tankar och motorer. Den metodik som idag finns tillgänglig för bestänrning av dessa föreningar är bristfållig, eftersom den är krånglig att använda, okänsligare än våra egna näsor och kräver användande av lösningsmedel och andra giftiga kemikalier. Dessutom kan man inte analysera alla vanligt förekommande flyktiga svavelföreningar med en och samma teknik.

Vad jag anser vara mitt främsta bidrag med denna avhandling, är att jagutvecklat en teknik, där man kan analysera de vanligast förekommandeflyktiga svavelföreningarna inom bioindustrin med en och samrna metod.Det går dessutom att använda tekniken i prover med mycket komplicerade matriser, vilket innebär att förekomsten av andra flyktiga kemiska föreningar, som i värsta fall kan störa analysen, frnns närvarande i höga koncentrationer. Känsligheten i metoden är fortfarande hög och koncentrationer lägre än vad våra näsor kan känna av kan bestänunas. Jag har använt mig av en teknik, som fi·ån början utvecklades av Dr. Janusz Pawliszyn på 90-talet, som kallas fastfasmikroextraktion och denna teknik hal" fördelen av att vara enkel att använda och dessutom fri från lösningsmedel och andra giftiga reagens.

I ett samarbete med ett franskt laboratorimn har jag även undersökt om det var möjligt att använda telmiken för exponeringsmätningar, vilket innebär att man genom ett enda prov kan ta reda på den totala exponeringen en person som arbetar vid en bioindustri utsätts för under en dag. Tyvärr var detta bara möjligt för en av de undersökta föreningarna, medan de andra visade sig vara alltfor påverkade av parametrar som kan forändras undermätningens gång såsom temperatur och luftfuktighet.

I övrigt innehåller avhandlingen gnmdliga undersökningar av analytiska aspekter på den teknik jag använt såsom val av adsorbent (det material som foreningama ska "fastna" på for att sedan kunna överfOras till ett analytiskt instrument), påverkan av experimentella parametrar och även undersökningar av reaktioner som kan ske under analysens gång som kan överfora de msprungliga foteningarna till andra molekyler. Till sist har jag visat att den teknik jag utvecklat verkligen fungerar genom att tillämpa den på en mängd olika prover. Huvuddelen av de prover som analyserats har hämtats vid en biogasanläggning i Linköping (Linköping Biogas AB). Vid denna anläggning produceras i genomsnitt ungefår sju miljoner kubikmeterbiogas per år, som används som bränsle i stadens bussar, taxibilar samt även en del andra kommunala fordon. Prover har även hämtats vid andra bioindustrier, till exempel från två olika reningsverk. Tekniken har använts bland annat för att analysera bakgrundshalter vid biogasanläggningen i Linköping for att se vilka koncentrationer av svavelforeningar personer som arbetar där utsätts for. Svavelhalter har mätts under biogasprocessen for att optimera tillsatsen av järnklorid, ett ämne som används for att minska svavelhalterna. Kvaliteten av producerad biogas med avseende på innehåll av svavelforeningar har undersökts. Effektiviteten av processer som används for att ta bort svavelforeningar har bestämts och luktproblemhar kunnat lösas genom att ta reda på vad som faktiskt orsakatluktproblemet med hjälp av den mätmetodik som utvecklats i detta arbete.

Place, publisher, year, edition, pages
Linköping: Linköping University Electronic Press, 2003. 85 p.
Series
Linköping Studies in Arts and Science, ISSN 0282-9800 ; 275
National Category
Social Sciences Interdisciplinary
Identifiers
urn:nbn:se:liu:diva-29568 (URN)14943 (Local ID)91-7373-669-4 (ISBN)14943 (Archive number)14943 (OAI)
Public defence
2003-05-28, Sal Elysion, Hus-T, Universitetsområdet Valla, Linköping, 10:15 (Swedish)
Opponent
Supervisors
Available from: 2009-10-09 Created: 2009-10-09 Last updated: 2014-09-01Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text

By organisation
Department of Water and Environmental StudiesFaculty of Arts and Sciences
Social Sciences Interdisciplinary

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 190 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • oxford
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf