Analyse de composés extractibles du type PFAS dans des produits de filtration selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1
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- Les contaminants dans l'analyse des PFAS
- Analyse de filtres pour seringue Millex® avec membrane en PES et en nylon avec des échantillons d'eau selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1
- Analyse de filtres membranes Millipore® avec membrane en polypropylène avec des échantillons d'eau selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1
- Produits de filtration recommandés
Les contaminants dans l'analyse des PFAS
Il est essentiel pour n'importe quelle méthode d'analyse de PFAS d'éviter les contaminations pouvant influer sur l'exactitude des données, comme celles provenant des techniques de préparation d'échantillons telles que la filtration. Actuellement, la plupart des méthodes analytiques applicables aux PFAS sont destinées à des matrices "propres", comme l'eau potable, et ne requièrent souvent pas de filtration durant la préparation des échantillons. Cependant, certaines méthodes comme la méthode SW-846 8327, l'ASTM D7968, l'ASTM D7979, l'EPA 1633 et l'ISO 21675 concernent des matrices susceptibles de présenter un taux plus élevé de particules, telles que les eaux usées. Les particules en solution doivent être éliminées avant la LC-MS/MS, car elles peuvent affecter l'analyse des échantillons, la longévité des colonnes et le fonctionnement global des instruments. Ces méthodes identifient la nécessité d'une filtration à l'aide de membranes sous un format de filtre pour seringue.
Une version modifiée de la méthode EPA 537.1 a été utilisée pour montrer que les filtres pour seringue Millex® en polyéthersulfone (PES) et en nylon ainsi que les membranes Millipore® en polypropylène ne présentent pas de niveaux détectables de contaminants du type PFAS résultant des composés extractibles fluorés.
Analyse de filtres pour seringue Millex® avec membrane en PES et en nylon avec des échantillons d'eau selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1
Matériel et méthodes
Huit lots de filtres pour seringue Millex®, à savoir trois lots avec membrane en polyéthersulfone (PES), trois lots avec membrane en nylon et deux lots en nylon-HPF (membrane de nylon avec un préfiltre en fibres de verre pour la filtration des échantillons chargés en particules), ont été testés à la recherche de composés extractibles du type PFAS selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1. Des composés PFAS non concernés par la méthode, notamment des PFAS de nouvelle génération et des sulfonates de fluorotélomère, ont aussi été inclus. La méthode EPA 537.1 ne demande pas de filtrer les échantillons, mais une filtration a été appliquée afin d'obtenir un échantillon propre pour l'analyse des taux de contamination par les composés extractibles provenant des filtres pour seringue.
Le déroulement de la version modifiée de la méthode EPA 537.1 est décrit ci-dessous et les conditions de LC-MS/MS sont données au Tableau 1. Pour faire court, un échantillon de 250 ml d'eau distillée exempt de PFAS a été enrichi en substituts. Un enrichissement en étalon interne de 0,08 ppb a été utilisé pour les blancs de QC. Afin de déterminer si le média de filtration de l'échantillon contribue à la contamination par les PFAS, la totalité de l'échantillon a été passée sur le filtre et dans une cartouche de SPE en styrène-divinylbenzène (SDVB). Les tubes et les flacons d'échantillon ont été rincés avec du méthanol basique, puis le mélange a été passé sur le filtre et dans la cartouche. La totalité de l'échantillon a ensuite été soumise à une SPE et concentrée jusqu'à atteindre un volume de 1 ml dans un mélange méthanol/eau à 96/4 % (v/v) avant analyse par LC-MS/MS sur une colonne C18. L'analyse a été réalisée avec des étalons internes. Des étalons marqués au C-13 ont été utilisés dans cette étude. Les filtres testés étaient les suivants : trois lots de filtres pour seringue Millex®-GP (filtres non stériles de 33 mm dotés d'une membrane en PES Millipore Express® PLUS) de 0,22 µm (réf. SLGP033N) et de 0,45 µm (réf. SLHP033N) de dimension de pores, trois lots de filtres pour seringue Millex® avec membrane en nylon (filtres non stériles de 33 mm dotés d'une membrane en nylon) de 0,20 µm de dimension de pores (réf. SLGN033N) et deux lots de filtres pour seringue Millex® en nylon-HPF (filtres non stériles de 25 mm avec une membrane en nylon et un préfiltre en fibres de verre) de 0,20 µm de dimension de pores (réf. SLGNM25).
Déroulement de la version modifiée de la méthode EPA 537.1 utilisée :
Déroulement de la procédure
Filtration
Les échantillons sont filtrés avec un filtre pour seringue Millex®.
Extraction en phase solide
Les analytes sont extraits de l'échantillon par extraction en phase solide (SPE).
Concentration
Les extraits sont concentrés par évaporation sous azote avec un bain-marie.
LC-MS/MS
Les extraits concentrés sont analysés par LC-MS/MS.
Résultats
Aucun contaminant PFAS n'a été détecté au-dessus des limites de notification ("reporting limit", RL) ou des limites de détection minimales ("minimum detection limits", MDL) dans les dispositifs Millex® testés selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1, même compte tenu des seuils particulièrement bas de 0,0020-0,0080 ppb et 0,0010-0,0020 ppb, respectivement, en fonction du composé (Tableau 2). Les résultats se sont révélés identiques pour les trois lots différents de membranes en PES de 0,22 et 0,45 µm, les trois lots différents de membranes en nylon de 0,20 µm et les deux lots différents de membranes en nylon-HPF de 0,20 µm. Ces résultats suggèrent que les dispositifs de filtration Millex® en PES, nylon et nylon-HPF sont fiables et sont adaptés à la filtration d'échantillons d'eau en préparation de l'analyse de ces composés PFAS.
Récupération
Dans cette étude, les tubes à échantillon et les flacons à échantillon ont été rincés avec du méthanol basique. La récupération des étalons marqués au C-13 se trouvait dans la plage de QC acceptable pour la méthode. Une variation de la récupération a toutefois été observée entre les différents matériaux filtrants (Figure 1) et les différents composés. Par exemple, les dispositifs de filtration à base de nylon ont donné de plus faibles récupérations que ceux en PES. Dans le cas des membranes en nylon, l'adsorption non spécifique des étalons internes ajoutés pour l'enrichissement et des échantillons peut être réduite par un rinçage au méthanol. Des résultats similaires ont été trouvés avec les membranes en PES seules (sans support et filtration avec un support filtre Swinnex® de 25 mm).
Figure 1.Pourcentage de récupération moyen d'étalons de PFBS, PFBA, PFOA, PFOS et PFNA marqués au C-13 après filtration avec des filtres pour seringue Millex® en nylon (violet, moyenne ± écart-type (STDEV), n=9 réplicats sur 3 lots), en nylon-HPF (bleu à carreaux, moyenne ± STDEV, n=6 réplicats sur 2 lots) et en PES (vert hachuré, moyenne ± STDEV, n=9 réplicats sur 3 lots). La plage de QC acceptable pour la récupération des étalons internes est indiquée par la fourchette en noir à gauche de chaque composé.
Analyse de filtres membranes Millipore® avec membrane en polypropylène avec des échantillons d'eau selon une version modifiée de la méthode EPA 537.1
Le filtre pour seringue est le format privilégié et recommandé pour la filtration des échantillons dans lesquels les PFAS doivent être analysés par LC-MS/MS, en raison de sa facilité d'utilisation et des petits volumes qu'il permet de traiter (10-100 ml). Les filtres pour seringue peuvent cependant ne pas constituer la meilleure option de filtration dans certaines situations, par exemple lorsqu'il n'existe dans le commerce aucun filtre pour seringue adapté à une application donnée. Dans ce cas, une alternative doit être envisagée. Une solution viable consiste à se tourner vers un dispositif semblable à un filtre pour seringue, tel qu'un support filtre Swinnex®. Ce dispositif fonctionnant sous pression peut accueillir n'importe quel filtre membrane découpé en forme de disque d'une taille spécifique (diamètre de 13 mm ou 25 mm) et s'utilise de la même manière qu'un filtre pour seringue traditionnel, ce qui permet de convertir n'importe quel matériau de membrane en filtre pour seringue.
L'ASTM D7979 (portant sur la détection de PFAS dans les matrices aqueuses à l'exception de l'eau potable) et l'ASTM D7968 (concernant la détection de PFAS dans les échantillons environnementaux solides) proposent toutes deux l'utilisation de polypropylène pour la préparation et la filtration des échantillons. Le polypropylène est un matériau durable compatible avec une large gamme de solvants et de températures et qui libère peu de composés extractibles ; il convient donc à la préparation des phases mobiles et des échantillons dans le cadre de l'analyse des PFAS. L'un des problèmes du polypropylène est qu'il est naturellement hydrophobe, ce qui complique la filtration des échantillons aqueux. La plupart des disques de filtration en polypropylène du commerce sont hydrophobes, comme les filtres membranes Millipore® en polypropylène (références PPTG04700 et PPTH04700). Bien qu'ils soient adaptés aux solvants tels que le méthanol, s'en servir pour filtrer des échantillons aqueux peut s'avérer complexe. Dans de rares cas, le polypropylène peut être disponible en format hydrophile (filtres membranes hydrophiles Millipore® en polypropylène, références PPHG04700 et PPHH04700). Ces filtres sont adaptés à la manipulation des échantillons aqueux. Ainsi, après avoir réalisé le potentiel d'utilisation du polypropylène dans le cadre de diverses procédures d'analyse de PFAS, notamment dans la filtration des phases mobiles, nous avons déterminé le niveau de PFAS extractibles que ces disques de filtration libèrent.
Matériel et méthodes
Support filtre Swinnex®
Des filtres membranes hydrophiles et hydrophobes Millipore® en polypropylène (PP) de 0,2 µm et 0,45 µm de dimension de pores ont été testés afin de déterminer leur teneur en PFAS extractibles. Des dispositifs Swinnex® (de 25 mm de diamètre) ont été utilisés pour convertir les filtres membranes disques en filtres pour seringue du type Luer-Lok, comme indiqué à la Figure 2. Une fois assemblés, les dispositifs Swinnex® peuvent être raccordés à un corps de seringue Luer-Lok contenant le produit à filtrer. La filtration a ensuite été réalisée de la même manière qu'avec les autres filtres pour seringue. Un nouveau dispositif Swinnex® neuf et propre différent a été utilisé pour chaque disque réplicat.
Figure 2A.Mise en place du joint torique
Figure 2B.Manipulation du filtre
Figure 2C.Mise en place du filtre
Figure 2D.Fixation du joint
Figure 2E.Support filtre Swinnex® assemblé
Version modifiée de la méthode EPA 537.1
Dans cette partie de l'étude, quatre types de filtres disques de 25 mm ont été testés :
- Filtre hydrophobe de 0,2 µm en PP (réf. PPTG02500)
- Filtre hydrophobe de 0,45 µm en PP (réf. PPTH02500)
- Filtre hydrophile de 0,2 µm en PP (réf. PPHG02500)
- Filtre hydrophile de 0,45 µm en PP (réf. PPHH02500)
Une fois chaque filtre membrane disque placé dans un dispositif Swinnex®, des échantillons d'eau de 250 ml enrichis avec des substituts ont été passés sur chacun des filtres, puis dans une cartouche de SPE en styrène-divinylbenzène (SDVB) en utilisant la méthode EPA 537.1 pour les matrices d'eau potable en guise de lignes directrices. La totalité de l'échantillon a été soumise à une SPE et une concentration, en suivant le déroulement de la procédure présenté ci-dessus. Une analyse par LC-MS/MS a été réalisée avec une colonne C18 et les conditions du Tableau 1, en utilisant des étalons internes pour déterminer l'éventuelle présence de composés extractibles dans les filtres disques en PP. Un lot (n = 3 filtres par lot) a été testé pour chaque type de membrane.
Il est important de noter qu'il est difficile de faire passer de l'eau pure au travers de filtres disques en PP hydrophobe ; ainsi, pour améliorer l'écoulement de l'eau dans le cas de ces échantillons, les filtres disques ont été pré-mouillés dans du méthanol avant filtration d'échantillons d'eau de 250 ml. Il n'a pas été nécessaire de pré-mouiller les filtres disques en PP hydrophile.
Résultats
Tout comme avec les filtres pour seringue Millex®, aucun contaminant du type PFAS n'a été trouvé au-dessus de la RL, allant de 0,0020 à 0,0080 ppb, ou de la MDL, allant de 0,0010 à 0,0020 ppb, dans les filtres disques en polypropylène hydrophile testés selon la version modifiée de la méthode EPA 537.1 (Tableau 3). Cela indique que ces membranes ne libèrent aucun PFAS extractible à ces limites et peuvent être utilisées pour les applications liées aux PFAS lorsque la préparation des échantillons nécessite une filtration.
Toutefois, pour les membranes hydrophobes en polypropylène uniquement, aucun PFAS n'a été détecté pour quatre composés (acide perfluoro-n-dodécanoïque (PFDoDA), acide perfluoro-n-tridécanoïque (PFTrDA), acide perfluoro-n-tétradécanoïque (PFTeDA) et acide N-éthyl perfluorooctanesulfonamidoacétique (N-EtFOSAA)), mais les étalons de 13C2-PFDoA, 13C2-PFTeDA et D5-NEtFOSAA associés ont donné des récupérations en-dehors des limites de contrôle de 40-140 %, 30-130 % et 40-140 % respectivement. Ces composés ont conduit à des récupérations moyennes d'environ 15-25 % (PFDoDA, PFTrDA et PFTeDA) et 30-33 % (N-EtFOSAA). Cela indique que l'adsorption non spécifique de ces composés sur le polypropylène hydrophobe dans l'eau pourrait s'avérer importante. Étant donné leurs longues chaînes et leurs groupes fonctionnels encombrants, ces composés présentent un risque d'interactions hydrophobes et stériques avec les médias de filtration et autres consommables. Point intéressant, les récupérations avec le polypropylène hydrophile sont restées dans les plages des limites de contrôle pour tous les composés, ce qui indique que l'hydrophilisation du matériau de la membrane a réduit les interactions non spécifiques avec les étalons de PFAS.
Récupération
Membranes en polypropylène hydrophobe / hydrophile
Dans les échantillons d'eau, les membranes en polypropylène hydrophile testées ont donné pour les étalons internes des récupérations dans la plage de QC, contrairement aux membranes hydrophobes (Figure 3). Le 13C2-PFDoDA, le 13C2-PFTeDA et le D5-EtFOSAA ont systématiquement conduit à une récupération en-dehors de la plage de QC pour le polypropylène hydrophobe, compliquant ainsi la quantification de la teneur réelle de ces PFAS. Comme le PFDoDA, le PFTeDA et le PFTrDA sont des molécules de PFCA à longues chaînes, la perte observée pourrait être due à l'encombrement stérique et à des interactions hydrophobes avec le matériau de la membrane ou le matériau du support filtre Swinnex®.
Figure 3.Pourcentage de récupération moyen dans l'eau d'étalons marqués au C-13 pour les filtres disques en polypropylène hydrophobe, uniquement pour la catégorie de PFAS des acides carboxyliques perfluoroalkylés. Les valeurs représentent la moyenne ± écart-type de n = 3 réplicats. La plage de QC des étalons varie en fonction du composé ; de gauche à droite : 35-135 % (13C4-PFBA), 50-150 % (du 13C5-PFPeA au 13C6-PFDA), 40-140 % (13C2-PFDoDA) et 30-130 % (13C2-PFTeDA).
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