ترکیبات آلی فرار (VOCs) نشان دهنده یک کلاس از مواد آلی هستند که عمدتا از نوسانات بالا تحت شرایط محیطی شناخته می شوند. زیر گروه اصلی اولویت این آلاینده ها، هالوژنه ترکیبات آلی فرار (HVOCs)، هیدروکربنهای کلر و هیدروکربن monocyclic معطر (MAHS) می باشند. بنزن، تولوئن، اتیل بنزن و زایلن (BTEX) آلاینده های گسترده ای هستند که منبع اصلی در محیط خارجی ترافیک و محیط داخلی دود است. آنها همچنین در رنگ آمیزی مواد یا چسب و نیز به مقدار کم در آب آشامیدنی و مواد غذایی وجود دارند
منابع اصلی گاز های فرار محیط های آبی پساب در فعالیت های شهری و صنعتی، از جمله فاضلاب، رسوب اتمسفری، رواناب شهری و روستایی، حوادث استخراج، حمل و نقل و / یا تحولات سوخت های فسیلی و منابع طبیعی می باشد. دلیل اصلی برای ارزیابی VOCs در محیط های آبی اثرات عصبی و سرطان زا انها می باشد. به خاطر سمی بودن آنها، برخی از ترکیبات آلی فرار در سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده (EPA) در لیست اولویت آلاینده ها گنجانده شدند. همچنین اتحادیه اروپا (EU) چند فرایند VOC را به عنوان اولویت آلاینده ها (E.U. 2004/42 / CE) طبقه بندی کرده است.
گزارش های بسیاری در مورد تعیین گازهای فرار در نمونه های محیطی وجود دارد. به عنوان مثال، سافاروا و همکارانش به تجزیه و تحلیل فضای مورد استفاده همراه با طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی گازی برای تجزیه و تحلیل 53 ترکیب آلی فرار در آب رودخانه، فاضلاب و نمونه آب تصفیه شده با μg.0.1 غلظت پرداخته اند. آنها نتیجه گرفتند که محتوای ترکیبات آلی فرار در آب رودخانه به طور عمده به محتوای این ترکیبات در فاضلاب بستگی دارد، که نشان دهنده ارتباط ان با آلودگی های انسانی می باشد. اشمیت و همکاران کاربرد HS-SPME با ترکیب-PAL را در نمونه قبل از غلظت آب به دست آورده که تکرار پذیری آن خوب است. برای کار کمی، روش اعتبار سنجی شده و خطی، دقت، صحت و حد تشخیص (LOD) برای ترکیبات مورد مطالعه را نشان داد. آماده سازی نمونه تا حد زیادی ممکن است بر حساسیت و دقت اندازه گیری گاز های فرار با توجه به خواص فیزیکی و شیمیایی آنها اثر بگذارد. ماژول های مختلف نمونه به منظور بهبود کیفیت اندازه گیری (به عنوان مثال نمونه فضا، فاز جامد استخراج ، پاکسازی و تله) با سیستم های کروماتوگرافی همراه شد. تجزیه و تحلیل فضای فوقانی یک تکنیک است که در جداسازی و جمع آوری ترکیبات فرار (در فاز گاز) از ماتریس نمونه های مختلف از جمله آب، مواد جامد و مواد غذایی به کار می رود. کروماتوگرافی گازی فضای استاتیک و یا پویا (GC) روش تحلیلی اتخاذ شده توسط سازمان محیط زیست برای تعیین ترکیبات آلی فرار از ماتریس جامد و مایع می باشد. با این حال، تزریق آب مستقیم (DAI)، استخراج مایع- مایع (LLE)، تکنیک های استخراج فاز جامد (SPE)، تکنیک های فاز جامد استخراج (SPME) و تقطیر نیز به عنوان تکنیک های آماده سازی نمونه در تجزیه و تحلیل ترکیبات آلی فرار مورد استفاده قرار میگیرد. یکی از مزایای اصلی استفاده از GC فضایی این است که می تواند مقدار کمی از آنالیت دفن شده در مقدار زیادی از ماتریس را در ستون کروماتوگرافی تجزیه و تحلیل کند. این روش منجر به تمیز، و آماده سازی نمونه آسان همراه با سایش کمتر در ستون های کروماتوگرافی و ابزار GC می شود. این روش فضای استاتیک (SHS) به ارائه طیف گسترده ی پویا خطی (با حد تشخیص تا 100 میلی گرم در 1 لیتر)، ابزار دقیق ساده تر، تکرار خوب (ضریب تغییرات 4/10٪) و بهبود بالا می پردازد.
فضای استاتیک یک روش نمونه گیری بر اساس فرآیندهای فیزیکی تعادلی بین محلول و فضا است. موفقیت استفاده از آن بستگی به عواملی مانند ماهیت شیمیایی ترکیبات استخراج شده، درجه حرارت مورد استفاده در طول استخراج، زمان استخراج و مقدار نمک اضافه شده دارد. مطالعات با توجه به متغیرهایی که برای به دست آوردن بهترین شرایط ممکن از نمونه SHS استفاده شده توسط گینز و همکاران دنبال شد. اچن و همکارانش ، عقیده دارند این روش ها نیاز به مقدار زیادی از آزمایشات داشته و همچنین وقت گیر می باشند.
در مواردی مانند این، که در آن بسیاری از عوامل در پاسخ سیستم نفوذ دارد، بهینه سازی مراحل استخراج می تواند با استفاده از ابزارهای آماری چند متغیره انجام شود. این ارائه اطلاعات مربوط به بهترین شرایط تحلیلی، وجود یا عدم وجود خطاهای تجربی، و همچنین نشان دادن هر فعل و انفعالات ممکن بین عوامل موجود می باشد. در حالی که روش های سنتی آزمایش بهینه سازی، که در آن تنها یک متغیر در یک زمان تجزیه و تحلیل وجود دارد، نیاز به تعداد زیادی از آزمایشات داشته، و اجازه بررسی تعاملات بین متغیرها، و کشف کامل فضای بهینه سازی نمی دهد.
طرح آزمایشی، که به طور همزمان چند متغیر را به حساب می اورد، به نظر می رسد راحت ترین رویکرد را برای شرایط عملیاتی بهینه در تعداد معقولی از آزمایشات دارد. اصول پشت این تکنیک (DOE)، شامل استفاده از طرح آزمایشی و تولید معادلات ریاضی و نتایج گرافیکی می شود. با ترکیب های مختلف منطقی عوامل، طراحی تجربی آماری متناسب با داده های تجربی در معادلات ریاضی استفاده شده (شناخته شده به عنوان مدل) به منظور پیش بینی و بهینه سازی پاسخ مورد بررسی قرار گرفت. این روش را می توان برای بهینه سازی شرایط SHS برای تعیین ترکیبات آلی فرار در آب استفاده کرد. نمونه های توسعه GC و تلاش بهینه سازی با کمک سازمان حفاظت محیط زیست مزایای مهمی را نشان داده اند.
هدف از مقاله حاضر توسعه و بهینه سازی روش طیف سنجی جرمی کروماتوگرافی فضای گاز برای تعیین ترکیبات آلی فرار، با استفاده از طرح آزمایشی بود. اهمیت این عوامل مورد بررسی با کمک یک طراحی عاملی کامل (کامل FD ) در شرایط بهینه SHS توسط طرح مرکب مرکزی (CCD) برآورد شده با استفاده از هر دو روش گرافیکی و یک روش ریاضی بهینه سازی جهانی مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، روش پیشنهادی خطی، ویژگی، دقت، صحت و استحکام (با استفاده از طرح آزمایشی) را مورد آزمایش قرار داد.