Méthodes d'analyse des PFAS et conseils pour la filtration des échantillons

Pour en savoir plus

• Tableau de sélection des produits de filtration pour l'analyse des PFAS
• Données pour l'analyse des composés extractibles du type PFAS
  
• À quoi correspondent les substances poly et perfluoroalkylées (PFAS) ?
• Nécessité d'une filtration dans les méthodes d'analyse des PFAS
• Préoccupations concernant la contamination par les PFAS issue des matériaux utilisés pour le recueil et la préparation des échantillons
• Filtration des échantillons dans l'analyse des PFAS
• Filtres pour seringue, filtres membranes et supports filtres pour filtres membranes recommandés
• Références bibliographiques

 

Tableau de sélection des produits de filtration pour l'analyse des PFAS

Tableau 1. Filtres membranes disques et filtres pour seringue Millex^® convenant à la préparation des échantillons et à la filtration des phases mobiles pour l'analyse des PFAS. Ces recommandations sont basées sur l'analyse d'échantillons d'eau selon une version modifiée de la méthode EPA  537.1 et sur l'analyse d'échantillons de méthanol selon une version modifiée de la méthode EPA 1633. * Il est possible d'utiliser du polypropylène hydrophile pour la filtration des échantillons/phases mobiles à base de solvants aqueux. Il est recommandé d'utiliser du polypropylène hydrophobe pour la filtration des échantillons/phases mobiles à base de solvants organiques.

Format de filtre	Membrane	Dimension des pores (µm)	Diamètre (mm)	Produit
Filtre pour seringue Pour la filtration des échantillons	PES Millipore Express®	0,22	33	SLGP033N
		0,45	33	SLHP033N
	Nylon	0,20	33	SLGN033
	Nylon avec préfiltre en fibres de verre	0,20	25	SLGNM25
Filtre disque Pour la filtration des échantillons, des phases mobiles et des tampons	Polypropylène hydrophile et hydrophobe*	0,20 ; 0,45	13 ; 25 ; 47 ; 90	Filtres membranes en polypropylène
Filtre disque Pour la fraction particulaire issue de sources stationnaires ou l'analyse des émissions atmosphériques de cheminées	Filtre en fibres de verre sans résine liante	0,7	90	AP4009000

Données pour l'analyse des composés extractibles du type PFAS

• Detection of PFAS contaminants in water after filtration with Millex^® PES and nylon devices using modified EPA 537.1. 
• Detection of PFAS contaminants in methanol samples after filtration with Millex^® PES and nylon devices using LC-MS/MS according to modified EPA 1633. 
• Detection of PFAS contaminants in water after filtration with hydrophobic 0.2 µm and 0.45 µm polypropylene disc filters and hydrophilic 0.2 µm and 0.45 µm polypropylene disc filters in Swinnex^® devices using modified EPA 537.1. 
• Detection of PFAS contaminants in methanol samples after filtration with three different lots of hydrophilic 0.2 µm polypropylene disc filters in Swinnex^® devices in methanol solvent using modified EPA 1633. 

À quoi correspondent les substances poly et perfluoroalkylées (PFAS) ?

Les PFAS sont des substances poly et perfluoroalkylées connues sous le nom de "substances chimiques éternelles". Les PFAS constituent un groupe de plus de 4 000 sortes de composés perfluorés à chaînes longues ou courtes¹. Ces composés sont utilisés dans diverses industries pour leurs excellentes propriétés de résistance aux matières grasses, à l'eau, à la température, aux produits chimiques et au feu et sont employés dans des réactions de polymérisation de fluoropolymères tels que le Teflon^® par des entreprises comme 3M et DuPont. Les produits contenant des PFAS et autres composés apparentés sont omniprésents dans les produits industriels et de grande consommation, notamment les emballages, les cosmétiques, les ustensiles de cuisine anti-adhésifs, les produits antitaches, les vernis, les peintures, les revêtements et les mousses de lutte contre les incendies.

Les excellentes propriétés et la vaste palette d'utilisations des PFAS ont conduit à l'accumulation de ces produits chimiques fabriqués par l'Homme dans les matrices environnementales et biologiques, accumulation récemment mise en cause dans des troubles hépatiques, certains cancers, l'affaiblissement du système immunitaire et l'augmentation du taux de cholestérol chez les êtres humains^1-3.

 

Nécessité d'une filtration dans les méthodes d'analyse des PFAS

Suite à ce constat, des agences aux États-Unis et en Europe ont pris des mesures réglementaires. La Convention de Stockholm a proposé de réglementer deux des composés PFAS les plus courants, l'acide perfluorooctanoïque (PFOA) et l'acide perfluorooctanesulfonique (PFOS), avec certaines exemptions, à compter de 2020. La United States Environmental Protection Agency (EPA) a publié un Plan d'action en 2019 suivi de recommandations pour l'analyse des composés PFAS dans les matrices aqueuses dans le cadre du Safe Drinking Water Act (loi sur la salubrité de l'eau potable) début 2020, avec une concentration conseillée de 70 parties par billion (ppt) dans l'eau potable. En octobre 2021, l'EPA a publié sa PFAS Strategic Roadmap (feuille de route stratégique sur les PFAS), qui décrit en détail son approche pour lutter contre les PFAS de 2021 à 2024. Plus récemment, l'EPA a diffusé un avis sur quatre composés PFAS (le PFOA, le PFOS, l'acide dimère de l'oxyde d'hexafluoropropylène (HFPO) et son sel d'ammonium, ainsi que le PFBS et son sel de potassium) dans l'eau potable. La directive de l'Union européenne (UE) sur l'eau potable, qui fixe une limite de 0,5 µg/l pour tous les PFAS, est entrée en vigueur en janvier 2021. De plus, l'Agence européenne des produits chimiques (ECHA) a présenté en janvier 2022 une proposition de restriction des PFAS dans les mousses de lutte contre les incendies, plusieurs autres propositions étant attendues courant 2023. D'autres substances PFAS sont inscrites sur la liste d'évaluation du règlement REACH (règlement concernant l'enregistrement, l'évaluation et l'autorisation des substances chimiques et les restrictions applicables à ces substances). En réponse à l'évolution rapide des propositions et des mesures réglementaires, les laboratoires d'analyse universitaires et industriels ont développé des méthodes analytiques pour tester et surveiller les PFAS dans diverses matrices, comme celle listées dans le Tableau 2. Ces réglementations sont importantes pour comprendre l'ampleur de l'exposition humaine et de la contamination environnementale et orienter les futurs efforts de remédiation.

Tableau 2. Sélection de méthodes analytiques permettant de détecter les composés PFAS dans diverses matrices.

Méthode	Mise à jour/Révision	Matrice(s)	Préparation des échantillons	Méthode d'analyse
EPA 537.1	Juin 2020	Eau potable	SPE	LC-MS/MS
EPA 533	Déc. 2019	Eau potable	SPE	LC-MS/MS
Méthode SW-846 8327*	Juil. 2021	Eaux souterraines non potables, eaux de surface, eaux usées	SPE, filtration	LC-MS/MS
ASTM D7968-17a	Sept. 2017	Solides environnementaux	Extraction par solvant, filtration	LC-MS/MS
ASTM D7979-19	Sept. 2021	Matrice aqueuse (eau non potable)	Extraction par solvant, filtration	LC-MS/MS
ISO 21675	Oct. 2019	Eau potable, eaux naturelles et eaux usées	SPE, filtration si nécessaire	LC-MS/MS
FDA C-010.02	Déc. 2021	Denrées alimentaires	QuEChERS, SPE, filtration	LC-MS/MS
OTM-45	Janv. 2021	Émissions atmosphériques (sources stationnaires)	Appareillage de prélèvement : filtration, barboteurs	LC-MS/MS
EPA 1633	Fév. 2022	Solutions aqueuses, sols, biosolides, sédiments, tissus	SPE, filtration	LC-MS/MS
EPA 1621 (version préliminaire)*	Avr. 2022	Matrices aqueuses	TSS, purification sur colonne GAC	CIC
Méthode de criblage Abréviations : SPE = extraction en phase solide ; TSS = détermination des solides totaux en suspension ; GAC = charbon actif en granulés ; CIC = chromatographie ionique de combustion

Préoccupations concernant la contamination par les PFAS issue des matériaux utilisés pour le recueil et la préparation des échantillons

Des études récentes ont soulevé des questions concernant une contamination supplémentaire des échantillons par les PFAS provenant de diverses origines, notamment des flacons de prélèvement, des solvants, des flacons de stockage, des éléments constituant les tubulures et les tuyaux et de tout autre plastique en contact avec l'échantillon. Il peut s'agir également des filtres membranes, des supports filtres et des supports des filtres pour seringue servant à éliminer les particules des matrices d'échantillons. Certains filtres peuvent contenir des traces de contamination susceptibles d'interférer avec la détection des PFAS en LC-MS/MS et les données résultantes, en particulier avec le durcissement des exigences en matière de sensibilité⁶. Une autre préoccupation, liée spécifiquement aux consommables, est l'adsorption des composés PFAS, par exemple sur les médias de filtration ou les sorbants de SPE. Pour les dispositifs de filtration, cela dépend de nombreux critères, en premier lieu du type du filtre, du solvant filtré et du type de molécule PFAS^4-5. Par exemple, dans certains cas, la contamination et la sorption sur les médias de filtration peuvent toutes deux être réduites par un lavage au méthanol^6-7.

 

Filtration des échantillons dans l'analyse des PFAS

La préparation des échantillons doit être étudiée avec soin pour toutes les méthodes analytiques. Cependant, dans les procédures d'analyse de PFAS, des facteurs supplémentaires pourraient compliquer les analyses en aval. Il s'agit notamment d'une possible contamination par des PFAS issus des filtres et autres consommables entrant en contact avec les échantillons et de l'adsorption de composés PFAS sur les consommables, entraînant une perte de récupération. C'est pourquoi nous avons testé des filtres pour seringue avec membrane en PES, en nylon et en nylon-HPF dans des procédures de détection des PFAS selon l'EPA 537.1 et l'EPA 1633, afin de déterminer les niveaux de contamination résultant des composés extractibles libérés par les membranes. Nous avons aussi testé des filtres disques en polypropylène (membranes en polypropylène hydrophile et hydrophobe de 0,2 µm et 0,45 µm pour l'EPA 537.1 et membranes en polypropylène hydrophile de 0,2 µm pour l'EPA 1633). Les résultats ont montré qu'aucun de ces filtres ne présentait de niveaux détectables de contamination par les PFAS au-dessus des limites de notification ("reporting limit", RL). Une adsorption des étalons internes à l'origine d'une certaine perte de récupération s'est produite, principalement pour les membranes en polypropylène hydrophobe et en nylon, l'ampleur du phénomène étant fonction du type de PFAS, de la longueur de chaîne et du solvant du filtrat (méthanol contre eau). À étalons identiques, la filtration dans le méthanol a donné de meilleures récupérations des étalons avec le nylon. Cela conforte la suggestion selon laquelle un rinçage au méthanol peut réduire l'adsorption des composés PFAS aux matériaux filtrants. Le polypropylène hydrophile a donné des résultats similaires dans l'eau et le méthanol.

Ainsi, lorsqu'une filtration est nécessaire dans une procédure d'analyse de PFAS pour les échantillons à fort taux de particules, les filtres pour seringue Millex^® avec membrane en PES, nylon et nylon-HPF ainsi que les filtres disques en polypropylène constituent une solution adaptée. 

D'autres diamètres de filtres pour seringue Millex^® avec membrane en PES et de filtres disques Millipore^® sont également disponibles.

Références bibliographiques

1. Kwiatkowski CF, Andrews DQ, Birnbaum LS, Bruton TA, DeWitt JC, Knappe DRU, Maffini MV, Miller MF, Pelch KE, Reade A, et al. 2020. Scientific Basis for Managing PFAS as a Chemical Class. Environ. Sci. Technol. Lett.. 7(8):532-543. https://doi.org/10.1021/acs.estlett.0c00255

2. Winchell LJ, Wells MJ, Ross JJ, Fonoll X, Norton JW, Kuplicki S, Khan M, Bell KY. 2021. Analyses of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) through the urban water cycle: Toward achieving an integrated analytical workflow across aqueous, solid, and gaseous matrices in water and wastewater treatment. Science of The Total Environment. 774145257. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.145257

3. Pérez F, Nadal M, Navarro-Ortega A, Fàbrega F, Domingo JL, Barceló D, Farré M. 2013. Accumulation of perfluoroalkyl substances in human tissues. Environment International. 59354-362. https://doi.org/10.1016/j.envint.2013.06.004

4. Lath S, Knight ER, Navarro DA, Kookana RS, McLaughlin MJ. 2019. Sorption of PFOA onto different laboratory materials: Filter membranes and centrifuge tubes. Chemosphere. 222671-678. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.01.096

5. Labadie P, Chevreuil M. 2011. Biogeochemical dynamics of perfluorinated alkyl acids and sulfonates in the River Seine (Paris, France) under contrasting hydrological conditions. Environmental Pollution. 159(12):3634-3639. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2011.07.028

6. So MK, Taniyasu S, Lam PKS, Zheng GJ, Giesy JP, Yamashita N. 2006. Alkaline Digestion and Solid Phase Extraction Method for Perfluorinated Compounds in Mussels and Oysters from South China and Japan. Arch Environ Contam Toxicol. 50(2):240-248. https://doi.org/10.1007/s00244-005-7058-x

7. Yamashita N, Kannan K, Taniyasu S, Horii Y, Petrick G, Gamo T. 2005. A global survey of perfluorinated acids in oceans. Marine Pollution Bulletin. 51(8-12):658-668. https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2005.04.026