Analyse von PFAS-Extractables in Filtrationsprodukten mit modifizierter EPA ;Methode ;1633
- Kontaminanten in PFAS-Prüfungen
- Prüfung der PES- und Nylon-Spritzenvorsatzfilter von Millex® anhand von Methanolproben unter Anwendung einer modifizierten EPA-Methode 1633
- Prüfung der Polypropylen-Membranfilter von Millipore® anhand von Methanolproben unter Anwendung einer modifizierten EPA-Methode 1633
- Filter für modifizierte EPA-Methode 1633
- Empfohlene Filtrationsprodukte
- Literatur
Kontaminanten in PFAS-Prüfungen
Tests mit einer modifizierten Methode gemäß EPA 1633 an 40 PFAS-Verbindungen in Matrizen mit höherem Partikelgehalt, wie Abwasser, Oberflächenwasser, Grundwasser, Böden, Biofeststoffe, Sediment, Deponiesickerwasser und Fischgewebe. Die Partikel in der Lösung müssen vor der LC-MS/MS entfernt werden, da sie sich nachteilig auf die Probenanalyse, die Lebensdauer der Säule und die Gesamtfunktion des Geräts auswirken können. Die EPA-Methode 1633 fordert bei wässrigen, festen und Gewebeproben spezifisch eine Filtration mittels Spritzenvorsatzfilter nach der Extraktion und Aufreinigung.
Die EPA-Methode 1633 wurde als Leitlinie für den Nachweis eingesetzt, dass die Spritzenvorsatzfilter aus Polyethersulfon (PES) und Nylon von Millex® und die Filtermembranen von Millipore® aus hydrophilem Polypropylen keine nachweisbaren Konzentrationen von PFAS-Kontaminationen enthalten und eine akzeptable Analytenwiederfindungsrate zulassen.
Prüfung der Spritzenvorsatzfilter aus PES und Nylon von Millex® mit Methanolproben unter Anwendung einer modifizierten EPA-Methode 1633
Materialien und Methoden
Zur Untersuchung von PFAS-Extractables in Methanol-Lösungsmittel wurde die PFAS-Kontamination in Millex®-Spritzenvorsatzfiltern unter Anwendung einer modifizierten EPA-Methode 1633 in Zusammenarbeit mit SGS North America (Orlando, Florida) getestet.
Die EPA-Methode 1633 erfordert den Nachweis zahlreicher PFAS-Verbindungen in Matrizen mit hohem Partikelgehalt aus wässrigen Lösungen, Feststoffen oder Gewebe, was eine Filtration nötig macht. Allerdings werden je nach Anteil der Feststoffe in den Proben unterschiedliche Probenverarbeitungs- und Extraktionsmethoden für die Methode benötigt. Dennoch ist für jede Probenmatrix nach der Zugabe von nicht-extrahierten internen Standards (NIS) und/oder einer Aktivkohle-Aufreinigung ein Filtrationsschritt mit einer 0,20-µm-Nylonmembran in Methanol-Lösungsmittel erforderlich.
Der nachfolgend beschriebene Arbeitsablauf gibt mit den erforderlichen LC-MS/MS-Bedingungen in Tabelle 1 eine Übersicht über die Methode. Das Verfahren in Kürze: Eine 5-ml-Methanolprobe wurde gemäß EPA 1633 mit C-13-markierten extrahierten (EIS) und nicht-extrahierten (NIS) internen Standards je nach Verbindung im Bereich von 1,25 bis 10 ppb dotiert. Zur Ermittlung, ob das Probenfiltrationsmedium zur PFAS-Kontamination beiträgt, wurde die gesamte Probe durch den Filter geleitet. Das Filtrat wurde entnommen und mittels LC-MS/MS mit einer C18-Säule analysiert. Die Analyse wurde anhand interner Standards durchgeführt. Die getesteten Filter umfassten: zwei Chargen Millex®-GP-Spritzenvorsatzfilter (unsteril, 33-mm-Filter mit 0,22-µm-PES-Membran, Art.-Nr. SLGP033N), zwei Chargen Millex®-Nylon-Spritzenvorsatzfilter (unsteril, 33-mm-Filter mit 0,20-µm-Nylonmembran, Art.-Nr. SLGN033N) und zwei Chargen Millex®-Nylon-HPF-Spritzenvorsatzfilter (unsteril, 25-mm-Filter mit 0,20-µm-Nylonmembran und Glasfaservorfilter, Art.-Nr. SLGNM25).
Arbeitsablauf für modifizierte EPA-Methode 1633
Probenvorbereitung
Filter
LC-MS/MS
Ergebnisse
Bei keinem Produkt und keiner Charge der Millex®-Spritzenvorsatzfilter für die modifizierte EPA-Methode 1633, die in Methanol getestet wurden, konnten nachweisbare PFAS-Verunreinigungen festgestellt werden, die über den Meldegrenzen (RL) für die 40 Verbindungen lagen. In der Kategorie der Perfluorcarbonsäuren (PFCA) jedoch zeigte das erste Gerät der Charge 1 der Millex®-Nylon-HPF-Spritzenvorsatzfilter Werte, die unterhalb der Meldegrenze (RL), aber oberhalb der Nachweisgrenze (MDL) des Instruments lagen (Tabelle 2). Daraufhin wurde ein weiteres Gerät herangezogen, mit dem keine PFCA oberhalb der RL oder MDL nachgewiesen wurden. Bei keinem der anderen Geräte und keiner der für dieses Material getesteten Chargen konnten PFCA oder andere Verbindungen nachgewiesen werden. Bei der Auswahl des Membranmaterials sollten Forscher stets prüfen, ob die Konzentrationen an chemischen Extractables, die nach der Exposition mit organischen Lösungsmitteln entstehen können, akzeptabel sind.
Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Millex®-PES- und Nylon-Spritzenvorsatzfilter zuverlässig und für die Filtration nach der Methode gemäß EPA 1633 zur Analyse von PFAS-Verbindungen geeignet sind. Millex®-Filtrationsapparaturen mit Nylon-HPF sind in Betracht zu ziehen, wenn eine Probe eine Vorfiltration erfordert, und Forscher sollten sich stets der erforderlichen Meldegrenzen für die Methode bewusst sein.
Chemische Extractables (mit Ausnahme der in Tabelle 2 aufgeführten PFAS-Verbindungen) wurden in dieser Studie nicht getestet. Für eine bestmögliche Datenqualität sollten Forscher immer die Mengen chemischer Extractables untersuchen, die auftreten können, nachdem bestimmte Membranmaterialien organischen Lösungsmitteln ausgesetzt wurden. So können sie sicherstellen, dass die Konzentrationen akzeptabel sind.
Wiederfindung
Bei Tests mit Methanol-Lösungsmittel mit der EPA-Methode 1633 lagen die prozentualen Rückgewinnungsraten für Filtrate aus Spritzenvorsatzgeräten auf Nylonbasis gegenüber PES-basierten Spritzenvorsatzfiltern bei ähnlichen Werten (Abbildung 1). Dies untermauert die Literatur, laut der Methanol dazu beiträgt, PFAS-Moleküle von Filtrationsmedien zu dissoziieren.
Abbildung 1.Durchschnittliche prozentuale Wiederfindungsrate (Mittelwert ±Standardabweichung (STDEV), n = 6 Geräte aus 2 Chargen) von C-13-markierten Standards für PFBS, PFBA, PFOA, PFOS und PFNA nach Filtration mit Millex®-Spritzenvorsatzfiltern aus Nylon (lila, Mittelwert ±STDEV, n = 9 Geräte aus 3 Chargen), mit Millex®-Spritzenvorsatzfiltern aus Nylon-HPF (blau kariert) und mit Millex®-Spritzenvorsatzfiltern aus PES (grün schraffiert). Der akzeptable QK-Bereich für die Wiederfindungsrate der internen Standards wird durch die durchgezogene schwarze vertikale Linie links der jeweiligen Verbindung angezeigt.
Prüfung der Polypropylen-Membranfilter von Millipore® anhand von Methanolproben unter Anwendung einer modifizierten EPA-Methode 1633
Spritzenvorsatzfilter sind aufgrund ihrer Anwenderfreundlichkeit und der Spanne an kleinen verarbeitbaren Volumina (10–100 ml) das am häufigsten empfohlene und bevorzugte Format zur Filterung von Proben für die LC-MS/MS-Analyse von PFAS. Es gibt jedoch Fälle, in denen Spritzenvorsatzfilter möglicherweise nicht die beste Option für die Filtration sind, wenn z. B. die handelsüblichen Spritzenvorsatzfilter für die gegebene Anwendung ungeeignet sind. In solchen Fällen muss eine Alternative in Betracht gezogen werden. Einem Spritzenvorsatzfilter ähnelnde Geräte wie z. B. der Swinnex®-Halter ist eine sinnvolle Alternative. Dieses druckgetriebene Gerät nimmt Scheiben-Membranfilter einer bestimmten Größe (13 mm oder 25 mm Durchmesser) auf und wird genauso wie ein herkömmlicher Spritzenfilter verwendet, und wendet so jedes Membranmaterial wie ein Spritzenfilterformat an.
Polypropylen ist ein langlebiges Material, das mit vielfältigen Lösungsmitteln und Temperaturen kompatibel ist, und weist geringe Mengen an Extractables auf. Daher eignet es sich speziell für die Vorbereitung von Proben und mobilen Phasen für PFAS-Prüfungen. Eine Herausforderung bei Polypropylen besteht darin, dass es hydrophob ist, was das Filtern wässriger Proben erschwert. Die meisten im Handel erhältlichen Polypropylen-Scheibenfilter sind hydrophob, wie z. B. die Millipore®-Polypropylen-Membranfilter (Art.-Nr. PPTG04700 und Art.-Nr. PPTH04700). Daher sind diese Filter eher für Lösungsmittel wie Methanol geeignet als zum Filtern wässriger Proben. Es gibt einige wenige Produkte mit Polypropylen in einem hydrophilen Format (hydrophile Millipore®-Polypropylen-Membranfilter, Art.-Nr. PPHG04700 und Art.-Nr. PPHH04700). Diese Filter sind für die Handhabung wässriger Proben geeignet. Da wir den Bedarf an Polypropylenmaterial für den Einsatz in verschiedensten PFAS-Arbeitsabläufen, einschließlich Mobilphasenfiltration, erkannt haben, haben wir die Menge an PFAS-Extractables, die von diesen Filterscheiben freigesetzt werden, ermittelt.
Materialien und Methoden
Swinnex®-Filterhalter-Einheit
Die hydrophilen Millipore®-Polypropylen (PP)-Membranfilter mit einer Porengröße von 0,2 µm wurden auf den Gehalt von PFAS-Extractables getestet. Zur Umwandlung der Scheiben-Membranfilter in einen Spritzenvorsatzfilter mit Luer-Lock-System wurden, wie in Abbildung 2 dargestellt, Swinnex®-Produkte (Durchmesser 25 mm) verwendet. Nach dem Zusammensetzen kann das Swinnex®-Produkt an den Luer-Lock-Spritzenzylinder mit dem zu filternden Material angeschlossen werden. Die Filtration wurde dann wie bei anderen Spritzenvorsatzfiltern durchgeführt. Für jede Scheibe wurde ein neues, sauberes Swinnex®-Produkt verwendet.
Abbildung 2.Zusammenbau des Swinnex®-Geräts mit einem Scheiben-Membranfilter aus Polypropylen.
Modifizierte EPA-Methode 1633
Drei Chargen der hydrophilen 0,2-µm-Scheiben-Membranfilter aus Polypropylen wurden mit n = 3 Filtern pro Charge getestet. Die EPA-Methode 1633 beschreibt leicht unterschiedliche Extraktions- und Reinigungsstrategien für die verschiedenen getesteten hoch partikelhaltigen Matrizen. Daher konzentrierte sich diese Studie nur auf den Filtrationsschritt, der für alle Matrizen nach der Zugabe von nicht-extrahierten internen Standards (NIS) und/oder nach der Aktivkohle-Aufreinigung in Methanol-Lösungsmittel erforderlich ist. Dabei lag der Fokus speziell darauf, ob die getesteten Scheiben-Membranfilter Kontaminationen mit den in der Methode beschriebenen 40 PFAS-Verbindungen enthielten. Diese modifizierte Methode wird im obigen Arbeitsablauf dargestellt.
Nachdem jeder Scheiben-Membranfilter sicher in ein Swinnex®-Gerät eingesetzt wurde, wurden mit jedem Filter 5 ml Methanolprobe, die gemäß der Methode mit C-13-markierten extrahierten (EIS) und nicht extrahierten (NIS) internen Standards dotiert waren. Das Filtrat wurde für die LC-MS/MS mit einer C18-Säule unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen gesammelt und anhand interner Standards analysiert. Da die Filtration in Methanol durchgeführt wurde, war für keinen der Scheiben-Membranfilter eine Vorbenetzung erforderlich.
Ergebnisse
Wie auch für die Millex®-Spritzenvorsatzfilter festgestellt, fanden sich in keiner der gemäß modifizierter EPA-Methode 1633 getesteten hydrophilen Polypropylen-Scheibenfilter nachweisbare PFAS-Verunreinigungen oberhalb der Meldegrenze zwischen 0,2 und 5 ppb bzw. oberhalb der Nachweisgrenze zwischen 0,05 und 1 ppb (Tabelle 3). Das weist darauf hin, dass diese Membranen keine PFAS-Extractables mit diesen Grenzwerten aufweisen und für PFAS-Anwendungen, bei denen zur Probenvorbereitung eine Filtration erforderlich ist, eingesetzt werden können. Mit der EPA-Methode 1633 in Methanol waren hinsichtlich der Wiederfindungsrate der internen Standards keine Probleme festzustellen, was wenig überrascht. Unsere Studien, wie auch frühere Studien1 an Nylonmembranen, haben gezeigt, dass die Exposition gegenüber Methanol-Lösungsmittel die unspezifische Adsorption von PFAS-Verbindungen und internen Standards reduziert.
Wiederfindung
Es gibt leichte Abweichungen bei der Bindung und Retention von PFAS-Verbindungen, die zu unterschiedlichen Wiederfindungsraten im Filtrat führen, wie es bei Membranmaterialien aus Polypropylen, Nylon und Polyethersulfon zu beobachten war (Abbildung 3). Die Wiederfindungsrate in Methanolproben, die durch hydrophiles Polypropylen mit 0,2-µm-Poren gefiltert werden, ist ähnlich wie bei Proben, die durch Nylon mit 0,20-µm-Poren bzw. Polyethersulfon mit 0,22-µm-Poren gefiltert wurden. Zusammengenommen weist dies darauf hin, dass Polypropylen-Scheiben-Membranfilter in Verbindung mit Swinnex®-Geräten eine alternative Probenfiltrationsmethode zu Spritzenfilterformaten bieten können. Für PFAS-Methoden, bei denen die mobile Phase filtriert werden muss, können Polypropylen-Membranfilter mit dem entsprechenden Filterhalter verwendet werden. Die Wiederfindungsraten bestimmter PFAS-Verbindungen sollten im Rahmen dieses Arbeitsablaufs sorgfältig abgewogen werden.
Abbildung 3.Durchschnittliche prozentuale Wiederfindungsrate ausgewählter C-13-markierter Standards in Methanol gemäß EPA-Methode 1633 für 0,20-µm-Nylon-Spritzenfilter (lila), 0,22-µm-PES-Spritzenfilter (blau kariert) und hydrophile 0,2-µm-Polypropylen-Membranfilter (grün schraffiert) Alle Werte sind Mittelwerte ±Standardabweichung aus drei Chargen, also insgesamt neun Scheiben.
Wasser gegenüber Methanol-Proben
Bei Verwendung von Spritzenvorsatzfiltern wurde bei Nylonprodukten der Trend einer erhöhten Wiederfindungsrate beim Filtern von Methanol gegenüber Wasser beobachtet, was auch in veröffentlichten Studien festgestellt wurde.1 Allerdings reagieren möglicherweise nicht alle Membranmaterialien in gleicher Weise auf die Filterung mit Wasser vs. Methanol. Beispielsweise zeigte hydrophiles Polypropylen eine ähnliche Wiederfindungsrate innerhalb des akzeptablen QK-Bereichs aller internen Standards und zwar sowohl bei Methanol als auch bei Wasser. In einigen Fällen (z. B. bei kurzkettigeren PFCA- und PFSA-Verbindungen) war die Wiederfindungsrate in Wasser noch höher als in Methanol. Dies wurde weder für PES- noch bei Nylonmaterialien beobachtet (Abbildung 4).
Abbildung 4.Durchschnittliche prozentuale Wiederfindungsrate aller C-13-markierten Standards für hydrophile Polypropylen-Scheiben-Membranfilter in Wasser gegenüber Methanol Für Wasser sind die Werte jeweils Mittelwert ±Standardabweichung, n = 3 Geräte einer getesteten Charge Für Methanol sind alle Werte Mittelwerte ±Standardabweichung aus drei Chargen, also insgesamt von neun Scheiben.
Filter für modifizierte EPA-Methode 1633
Anhand einer modifizierten EPA-Methode 1633 wurde in dieser Studie nachgewiesen, dass PES- und Nylon-Spritzenvorsatzfilter sowie hydrophile Polypropylenmembranen in einem Swinnex®-Produkt zuverlässig und für die Analyse von PFAS-Verbindungen geeignet sind.
- In keinem dieser Filtrationsgeräte wurden nachweisbare PFAS-Verbindungen gefunden.
- Die prozentuale Wiederfindungsrate für Filtrate aus allen diesen Geräten war ähnlich.
Empfohlene Filtrationsprodukte
Literatur
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