Analisi di PFAS estraibili in dispositivi di filtrazione seguendo una versione modificata del metodo EPA 1633
- Contaminanti nelle analisi dei PFAS
- Saggio dei filtri da siringa Millex® in PES e in nylon con campioni di metanolo seguendo una versione modificata del metodo EPA 1633
- Saggio delle membrane filtranti Millipore® in polipropilene con campioni di metanolo seguendo una versione modificata del metodo EPA 1633
- Filtri per il metodo EPA 1633 modificato
- Unità filtranti consigliate
- Bibliografia
Contaminanti nelle analisi dei PFAS
Il metodo EPA 1633 prevede l’analisi di 40 PFAS in matrici con un elevato grado di particelle: acque reflue, acque di superficie, acque freatiche, suolo, biosolidi, sedimenti, percolati di discarica e tessuti ittici. Prima di procedere alle analisi LC-MS/MS, è necessario rimuovere le particelle in soluzione la cui presenza potrebbe essere dannosa per l'analisi del campione, la durata della colonna e il funzionamento dello strumento in toto. Il metodo EPA 1633 richiede specificamente che il materiale ottenuto in seguito al processo di estrazione e purificazione di campioni acquosi, solidi o di tessuto venga filtrato con filtri da siringa.
In questo studio, il metodo EPA 1633 è stato utilizzato come metodo guida per dimostrare che i filtri da siringa Millex® in polietersolfone (PES) e in nylon e le membrane filtranti Millipore® in polipropilene idrofilo non rilasciano livelli rilevabili di contaminazione da PFAS e consentono di ottenere recuperi accettabili degli analiti.
Saggio dei filtri da siringa Millex® in PES e in nylon con campioni di metanolo seguendo una versione modificata del metodo EPA 1633
Materiali e metodi
Per studiare i PFAS estraibili in metanolo, in collaborazione con SGS North America (sede di Orlando, FL) si è determinata la contaminazione da PFAS dei filtri da siringa Millex® sulla base di una versione modificata del metodo EPA 1633.
Il metodo EPA 1633 prevede l’individuazione di un gran numero di composti PFAS in matrici ad alto contenuto di particelle, sia acquose, sia solidi e tessuti, previa filtrazione dei campioni. Benché il metodo richieda metodiche di trattamento e di estrazione dei campioni diverse a seconda della percentuale di solidi in essi contenuta, per tutte le matrici è prevista una fase di filtrazione con una membrana di nylon da 0,20 µm, che viene eseguita in metanolo, dopo l'aggiunta di standard interni non estratti (NIS) e/o la purificazione con adsorbenti a base di carbonio.
Una panoramica del metodo è descritta nello schema a tappe sottostante, con le condizioni LC-MS/MS riportate nella Tabella 1. In breve, un campione costituito da 5 mL di metanolo veniva addizionato di standard interni non estratti (NIS) e di standard interni estratti (EIS) marcati con C-13, in quantitativi compresi tra 1,25 e 10 ppb a seconda del composto, come previsto dal metodo EPA 1633. Per determinare se i mezzi di filtrazione del campione contribuissero alla contaminazione da PFAS, si procedeva alla filtrazione dell’intero campione. Il filtrato veniva raccolto e analizzato mediante LC-MS/MS utilizzando una colonna C18. Per l'analisi si utilizzavano standard interni. I filtri esaminati comprendevano: due lotti di filtri da siringa Millex® -GP (filtri non sterili di 33 mm di diametro con membrana in PES da 0,22 µm, N° Catalogo SLGP033N), due lotti di filtri da siringa Millex® in nylon (filtri non sterili di 33 mm con membrana in nylon da 0,20 µm, N° Catalogo SLGN033N) e due lotti di filtri da siringa Millex® in nylon-HPF (filtri non sterili di 25 mm con membrana in nylon da 0,20 µm e prefiltro in fibra di vetro, N° Catalogo SLGNM25).
Schema a tappe del metodo EPA 1633 modificato utilizzato nello studio
Preparazione dei campioni
Filtrazione
LC-MS/MS
Risultati
In nessuno dei filtri da siringa Millex® sottoposti a indagine con il metodo EPA 1633 modificato è stata rilevata contaminazione da PFAS al di sopra del limite di segnalazione (RL) per i 40 composti in esame, in nessun dispositivo replicato e in nessuno dei lotti testati in metanolo. Tuttavia, nella categoria degli acidi perfluoroalchilcarbossilici (PFCA), con il primo replicato del lotto 1 dei filtri da siringa Millex® in nylon-HPF si sono ottenuti risultati inferiori al RL ma superiori al limite di rivelazione minimo (MDL) dello strumento (Tabella 2). Per questo motivo, si è testato un ulteriore dispositivo per il quale non sono stati rilevati PFCA al di sopra dell'RL o dell'MDL. In nessuna delle altre unità o degli altri lotti di questo dispositivo analizzati è stata riscontrata contaminazione da PFCA o altri composti. Per quanto riguarda la scelta del materiale delle membrane filtranti, i ricercatori devono sempre verificare che i livelli di estraibili presenti dopo l'esposizione a solventi organici siano appropriati.
Questi risultati suggeriscono che i filtri da siringa Millex® in PES e in nylon sono affidabili e possono essere impiegati ai fini della filtrazione in analisi dei composti PFAS secondo il metodo EPA 1633. Quando i campioni richiedono una fase di prefiltrazione, una valida opzione è costituita dalle unità Millex® in nylon-HPF; i ricercatori devono sempre essere al corrente dei limiti di segnalazione richiesti per il metodo.
Gli estraibili chimici (a parte i composti PFAS elencati nella Tabella 2) non sono stati testati in questo studio. Per ottenere dati della migliore qualità possibile, i ricercatori dovrebbero sempre indagare in merito ai livelli di estraibili chimici che potrebbero essere rilasciati da alcuni materiali di fabbricazione delle membrane in seguito all’esposizione a solventi organici, per assicurarsi che siano accettabili.
Recuperi
Nello studio secondo il metodo EPA 1633 in metanolo, i recuperi percentuali nei filtrati di filtri da siringa con membrana in nylon erano simili a quelli delle unità con membrana in PES (Figura 1). Ciò conferma quanto riportato in letteratura e cioè che il metanolo aiuta a liberare le molecole di PFAS dai mezzi filtranti.
Figura 1.Recupero percentuale medio di standard marcati con C-13 di PFBS, PFBA, PFOA, PFOS e PFNA dopo filtrazione con filtri da siringa Millex® in nylon (media ± deviazione standard (STDEV), n=6 replicati su 2 lotti, in viola), Millex® in nylon-HPF (media±STDEV, n=9 replicati su 3 lotti, a quadretti blu) e con filtri Millex® in PES (in verde con barre oblique). L’intervallo di accettabilità per il recupero degli standard interni definito ai fini del CQ dei dati è rappresentato dalle linee verticali continue in nero alla sinistra di ogni composto.
Saggio delle membrane filtranti Millipore® in polipropilene con campioni di metanolo seguendo una versione modificata del metodo EPA 1633
Nelle analisi LC-MS/MS dei PFAS, il formato di filtri preferito per la filtrazione dei campioni, e anche il più consigliato, è costituito dalle unità da siringa, facili da utilizzare e in grado di trattare anche piccoli volumi (10-100 mL). Ci sono casi, tuttavia, in cui i filtri da siringa possono non essere l'opzione migliore, ad esempio, quando in commercio non si trovano filtri da siringa adatti a un'applicazione specifica. In questi casi, è necessario prendere in considerazione un'alternativa. Un dispositivo che somiglia a un filtro da siringa, come un portafiltri Swinnex®, è un’opzione valida. Questo dispositivo a pressione può fungere da supporto per qualsiasi disco di membrana di dimensioni specifiche (13 mm o 25 mm di diametro) e funziona come un filtro da siringa tradizionale, convertendo una membrana di qualunque materiale in un filtro da siringa.
Il polipropilene è un materiale durevole, compatibile con un'ampia gamma di solventi e di temperature e con un basso tenore di estraibili, il che lo rende adatto in particolare per la preparazione dei campioni e delle fasi mobili per le analisi dei composti PFAS. Un problema del polipropilene è la sua naturale idrofobia, che rende difficile la filtrazione di campioni acquosi. La maggior parte delle membrane da filtrazione in polipropilene disponibili in commercio sono idrofobe, ad esempio le membrane Millipore® in polipropilene (N° Catalogo PPTG04700 e PPTH04700). Sebbene adatte per i solventi come il metanolo, possono rivelarsi problematiche per la filtrazione dei campioni acquosi. In alcuni casi, si può trovare il polipropilene in versione idrofila (filtri a membrana in polipropilene idrofilo Millipore®, N° Catalogo PPHG04700 e PPHH04700). Questi filtri sono ideali per il trattamento dei campioni acquosi. Così, essendoci resi conto della possibilità di impiegare membrane in polipropilene nell’ambito di diverse procedure per le analisi dei PFAS, tra le quali la filtrazione delle fasi mobili, abbiamo determinato i livelli di PFAS estraibili da questi filtri.
Materiali e metodi
Portafiltri Swinnex®
Membrane filtranti Millipore® in polipropilene (PP) idrofilo con pori di 0,2 µm sono state sottoposte a un saggio finalizzato alla determinazione del contenuto di PFAS estraibili. Ci si è serviti di portafiltri Swinnex® (diametro di 25 mm) per convertire i dischi di membrana in filtri da siringa con raccordo Luer-lock, come illustrato in Figura 2. Una volta assemblata, l’unità Swinnex® può essere installata su una siringa con puntale Luer-lock contenente il materiale da filtrare. La filtrazione veniva effettuata come con gli altri filtri da siringa. Per ogni disco replicato, si utilizzava un nuovo Swinnex® pulito.
Figura 2.Montaggio di un portafiltri Swinnex® con un disco di membrana in polipropilene.
Metodo EPA 1633 modificato
Sono stati saggiati tre lotti di dischi di membrana in polipropilene idrofilo con diametro di 0,2 µm, testando n=3 filtri per lotto. Il metodo EPA 1633 delinea strategie di estrazione e purificazione leggermente diverse per ogni matrice ad alto contenuto di particelle analizzata. Pertanto, questo studio si è concentrato solo sulla fase di filtrazione richiesta per tutte le matrici dopo l'aggiunta di standard interni non estratti (NIS) e/o la purificazione con adsorbenti a base di carbonio eseguita in metanolo. In questo modo ci siamo preoccupati in modo specifico di determinare se i dischi di membrana in esame fossero contaminati da uno (o più) dei 40 PFAS considerati nel metodo. Questo metodo modificato è illustrato nello schema a tappe sopra riportato.
Una volta introdotto saldamente un disco di membrana filtrante in un portafiltri Swinnex®, si filtravano con ciascun filtro 5 mL di campione costituito da metanolo addizionato di standard interni estratti (EIS) e non estratti (NIS) marcati con C-13. Il filtrato veniva raccolto per essere analizzato mediante LC-MS/MS su una colonna C18, utilizzando le condizioni descritte in Tabella 1, con il metodo dello standard interno. Poiché la filtrazione veniva effettuata in metanolo, nessuno di questi dischi richiedeva la fase di prebagnatura.
Risultati
Come riscontrato per i filtri da siringa Millex®, in nessuna membrana in polipropilene idrofilo, testata seguendo la versione modificata descritta del metodo EPA 1633, si rilevava la presenza di PFAS a livelli superiori al RL, compreso tra 0,2 e 5 ppb, o al MDL, nell’intervallo 0,05-1 ppb (Tabella 3). Ciò significa che queste membrane non contengono PFAS estraibili a questi livelli e possono essere utilizzate per applicazioni concernenti i PFAS che richiedono la filtrazione per la preparazione dei campioni. Non si sono verificati problemi di recupero con nessuno degli standard interni previsti dal metodo EPA 1633 in metanolo, il che non sorprende. Nostri studi, infatti, e lavori precedenti1 con membrane in nylon indicano che l'esposizione al metanolo riduce l'adsorbimento aspecifico dei composti PFAS e degli standard interni.
Recuperi
Livelli diversificati di adsorbimento e ritenzione dei filtri nei confronti dei composti PFAS determinano percentuali di recupero differenti nel filtrato, come si osserva con le membrane in polipropilene, nylon e polietersolfone (Figura 3). Il recupero nei campioni di metanolo filtrati attraverso le membrane in polipropilene idrofilo da 0,2 µm è simile a quello ottenuto utilizzando membrane in nylon da 0,20 µm e in polietersolfone da 0,22 µm. L'insieme di questi dati indica che i dischi di membrana in polipropilene combinati ai portafiltri Swinnex® possono offrire un metodo per la filtrazione dei campioni alternativo ai filtri da siringa. Nei metodi per l’analisi dei PFAS in cui è necessario filtrare la fase mobile, si può dunque ricorrere ai filtri a membrana in polipropilene in associazione al portafiltri opportuno. Nell’ambito di questa procedura, è necessario prestare particolare attenzione al recupero di alcuni PFAS.
Figura 3.I recuperi percentuali medi di alcuni standard marcati con C-13 in metanolo filtrati come previsto dal metodo EPA 1633 per mezzo di filtri da siringa con membrana in nylon da 0,20 µm (in viola) e in PES da 0,22 µm (a quadretti blu) e con dischi di membrana in polipropilene idrofilo da 0,2 µm (verde con barre oblique). Sono riportati la media ± deviazione standard determinati su tre lotti, per un totale di nove filtri.
Confronto tra campioni in acqua e campioni in metanolo
Utilizzando i filtri da siringa, si è osservata una tendenza a recuperi di maggior entità per i campioni in metanolo rispetto a quelli in acqua con le membrane in nylon, il che coincide con quanto riportato in studi pubblicati in letteratura.1 Tuttavia, non tutti i materiali di fabbricazione delle membrane rispondono nello stesso modo alla filtrazione di campioni acquosi e in metanolo. Per esempio, con il polipropilene idrofilo si sono registrati recuperi simili all’interno dell’intervallo di accettabilità definito ai fini del CQ dei dati per tutti gli standard interni, sia in metanolo che in acqua e, in alcuni casi, (per esempio con i composti PFCA e i PFSA a catena breve) persino superiori in acqua che in metanolo, fenomeno che non si è invece verificato né con le membrane in PES, né in nylon (Figura 4).
Figura 4.Recupero percentuale medio di tutti gli standard marcati con C-13 in acqua e in metanolo con i dischi di membrana in polipropilene idrofilo. Per i campioni in acqua si è riportata la media ± la deviazione standard di n=3 membrane replicate di un solo lotto. Invece, per i campioni in metanolo si è riportata la media ± deviazione standard di n=3 membrane replicate di tre lotti diversi, per un totale di nove filtri.
Filtri per il metodo EPA 1633 modificato
Questo studio, utilizzando una versione modificata del metodo EPA 1633, ha dimostrato che i filtri da siringa in PES e in nylon, ma anche i dischi di membrana in polipropilene idrofilo inseriti in un portafiltri Swinnex® sono affidabili e adatti all’impiego nel corso delle analisi dei PFAS.
- In nessuna di queste unità sono stati individuati livelli di PFAS rilevabili e
- i recuperi percentuali nei filtrati di tutti questi dispositivi si attestavano su livelli simili.
Unità filtranti consigliate
Bibliografia
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