PFAS Testing Methods and Guidance for Sample Filtration

Erfahren Sie mehr über:

• Produktauswahltabelle von Filtern für PFAS-Tests
• Datensätze für Tests auf PFAS-Extractables
  
• Was sind Poly- und Perfluoralkylsubstanzen (PFAS)?
• Anforderung an die Filtration für PFAS-Testmethoden
• Bedenken bezüglich einer PFAS-Kontamination durch Probenentnahme- und Vorbereitungsmaterial
• Probenfiltration für PFAS-Tests
• Empfohlene Spritzenvorsatzfilter, Membranfilter und Filterhalter für Membranfilter
• Literatur

 

Produktauswahltabelle von Filtern für PFAS-Tests

Tabelle 1. Millex^®-Spritzenvorsatz-Filtereinheiten und Scheiben-Membranfilter, die zur Probenvorbereitung und mobilen Phasenfiltration für PFAS-Tests geeignet sind. Die Empfehlungen gelten für das Testen von Wasserproben gemäß einer modifizierten EPA 537.1-Methode und von Methanolproben gemäß einer modifizierten EPA-Methode 1633. *Hydrophiles Polypropylen kann zur Filtration von Proben/mobilen Phasen wässriger Lösungsmittel verwendet werden. Hydrophobes Polypropylen wird für die Filtration von Proben/mobilen Phasen von organischen Lösungsmitteln empfohlen

Filterformat	Membran	Porengröße (µm)	Durchmesser (mm)	Produkt
Spritzenvorsatzfilter Zur Probenfiltration	Millipore PES Express®	0,22	33	SLGP033N
		0,45	33	SLHP033N
	Nylon	0,20	33	SLGN033
	Nylon mit Glasfaservorfilter	0,20	25	SLGNM25
Scheiben-Membranfilter Zur Filtration von Proben, mobilen Phasen und Pufferlösungen	Hydrophiles und hydrophobes Polypropylen*	0,20, 0,45	13, 25, 47, 90	Polypropylen-Membranfilter
Scheiben-Membranfilter Für Partikelfraktion aus stationären Quellen oder Stapeltests auf Luftemissionen	Glasfaserfilter ohne Bindemittel	0,7	90	AP4009000

Datensätze für Tests auf PFAS-Extractables

• Nachweis von PFAS-Verunreinigungen in Wasser nach Filtration mit Millex^®-PES- und -Nylonprodukten gemäß einer modifizierten EPA-Methode 537.1. 
• Nachweis von PFAS-Verunreinigungen in Methanolproben nach Filtration mit Millex^®-PES- und -Nylonprodukten unter Anwendung von LC-MS/MS gemäß einer modifizierten EPA-Methode 1633. 
• Nachweis von PFAS-Verunreinigungen in Wasser nach der Filtration mit hydrophoben 0,2-µm- und 0,45-µm-Polypropylen-Scheibenfiltern und hydrophilen 0,2-µm- und 0,45-µm-Polypropylen-Scheibenfiltern in Swinnex^®-Produkten gemäß einer modifizierten EPA-Methode 537.1. 
• Nachweis von PFAS-Verunreinigungen in Methanolproben nach Filtration mit drei verschiedenen Chargen hydrophiler 0,2-µm-Polypropylen-Scheibenfilter in Swinnex^®-Produkten in Methanol-Lösungsmittel gemäß einer modifizierten EPA-Methode 1633. 

Was sind Poly- und Perfluoralkylsubstanzen (PFAS)?

PFAS, Poly- und Perfluoralkylsubstanzen, werden als „Forever Chemicals“ bezeichnet und umfassen eine Gruppe von über 4.000 Arten von lang- und kurzkettigen Perfluorverbindungen.¹ PFAS werden in verschiedenen Branchen aufgrund ihrer ausgezeichneten Eigenschaften bezüglich Öl-, Wasser-, Temperatur-, Chemikalien- und Feuerbeständigkeit eingesetzt und sind für ihre Verwendung in Polymerisationsreaktionen von Fluorpolymeren wie Teflon^® durch Unternehmen wie 3M und Dupont bekannt. Produkte, die PFAS und verwandte Verbindungen enthalten, sind in Industrie- und Konsumgüterprodukten allgegenwärtig. Hierzu zählen beispielsweise Produktverpackungen, Kosmetika, antihaftbeschichtetes Kochgeschirr, Fleckenabweismittel, Polituren, Farben, Beschichtungen und Schaumlöschmittel.

Die ausgezeichneten Eigenschaften und der breite Einsatz von PFAS haben zu einer dauerhaften Akkumulierung von künstlichen Chemikalien in Umwelt- und biologischen Matrizen geführt, die seit kurzem mit Leberschäden, Krebs, geschwächtem Immunsystem und hohen Cholesterinwerten beim Menschen in Verbindung gebracht werden.^1-3

 

Anforderung an die Filtration bei PFAS-Methoden

Aus diesem Grund haben Behörden in den USA und Europa regulatorische Maßnahmen ergriffen. Die Stockholm Convention schlug Vorschriften mit bestimmten Ausnahmen für zwei der gängigsten PFAS-Verbindungen vor, Perfluoroctanosäure (PFOA) und Perfluoroctansulfonsäure (PFOS), die 2020 in Kraft traten. Die US-amerikanische Umweltschutzbehörde EPA veröffentlichte 2019 einen Aktionsplan, gefolgt von Empfehlungen für die Prüfung von Wassermatrizen auf PFAS-Verbindungen im Rahmen des Safe Drinking Water Act von Anfang 2020, der eine empfohlene maximale Konzentration in Trinkwasser von 70 Teilen pro Billion (ppt) vorsieht. Im Oktober 2021 veröffentlichte die EPA die „PFAS Strategic Roadmap“, in der ihr umfassender Ansatz für den Umgang mit PFAS von 2021 bis 2024 beschrieben wird. Zuletzt hat die EPA Trinkwasserwarnungen vor vier PFAS-Verbindungen herausgegeben (PFOA, PFOS, Hexafluorpropylenoxid (HFPO)-Dimersäure und ihr Ammoniumsalz sowie PFBS und ihr Kaliumsalz). Die Trinkwasserrichtlinie der Europäischen Union (EU), die eine Grenze von 0,5 µg/l für alle PFAS beinhaltet, trat im Januar 2021 in Kraft. Darüber hinaus reichte die Europäische Chemikalienagentur (ECHA) im Januar 2022 einen Einschränkungsvorschlag für PFAS in Brandschäumen ein. Zudem werden bis 2023 mehrere weitere Vorschläge erwartet. Zusätzliche PFAS-Substanzen stehen auf der Liste zur Bewertung unter REACH (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe). Als Reaktion auf die sich schnell entwickelnden regulatorischen Vorschläge und Maßnahmen haben akademische und industrielle Testlabors analytische Methoden zum Testen und Überwachen von PFAS in verschiedenen Matrizen entwickelt, wie beispielsweise die in Tabelle 2 aufgeführten. Es ist wichtig, das Ausmaß der Exposition von Menschen und Umweltverschmutzung zu untersuchen, damit diese Vorschriften zukünftige Sanierungsmaßnahmen unterstützen können.

Tabelle 2. Ausgewählte analytische Methoden für den Nachweis von PFAS-Verbindungen in verschiedenen Matrizen.

Methode	Aktualisierung/Revision	Matrix/Matrizen	Probenvorbereitung	Analytische Methode
EPA 537.1	Juni 2020	Trinkwasser	SPE	LC-MS/MS
EPA 533	Dez. 2019	Trinkwasser	SPE	LC-MS/MS
SW-846 Methode 8327*	Juli 2021	Nicht trinkbares Grundwasser, Oberflächenwasser, Abwasser	SPE, Filtration	LC-MS/MS
ASTM D7968-17a	Sep. 2017	Feststoffe aus der Umwelt	Lösungsmittelextraktion, Filtration	LC-MS/MS
ASTM D7979-19	Sep. 2021	Wassermatrix (kein Trinkwasser)	Lösungsmittelextraktion, Filtration	LC-MS/MS
ISO 21675	Okt. 2019	Trinkwasser, natürliches Wasser und Abwasser	SPE, Filtration nach Bedarf	LC-MS/MS
FDA C-010.02	Dez. 2021	Lebensmittel	QuEChERS, SPE, Filtration	LC-MS/MS
OTM-45	Jan. 2021	Luftemissionen (stationäre Quellen)	Probenahmekette: Filtration, Impinger	LC-MS/MS
EPA 1633	Feb. 2022	Wässrig, Erde, Biofeststoffe, Sediment, Gewebe	SPE, Filtration	LC-MS/MS
EPA-Entwurf 1621*	April 2022	Wässrige Matrizen	TSS, GAC-Säulenreinigung	CIC
* Screening-Methode Abkürzungen: SPE = Festphasenextraktion; TSS = Bestimmung des Suspensionsgehalts; GAC = granulare Aktivkohle; CIC = Verbrennungs-Ionenchromatographie

Bedenken bezüglich einer PFAS-Kontamination durch Probenentnahme- und Vorbereitungsmaterial

In aktuellen Studien gab es Bedenken, dass die Kunststoffkomponenten, die mit den Proben in Kontakt kommen, wie beispielsweise Sammelflaschen, Lösungsmittelflaschen, Lagerfläschchen und Schlauchkomponenten, die Proben durch eine zusätzliche PFAS-Kontamination verfälschen könnten. Hierzu gehören auch Membranfilter, Filterhalter und Spritzenfiltergehäuse, die zum Entfernen von Partikeln aus den Probenmatrizen verwendet werden. Einige Filter können Spuren von Kontaminationen aufweisen, die die LC-MS/MS-Detektion von PFAS und die daraus resultierenden Daten beeinträchtigen können. Dies gilt umso mehr bei steigenden Empfindlichkeitsanforderungen.⁶ Ein weiteres Problem speziell bei Verbrauchsmaterialien ist die Adsorption von PFAS-Verbindungen, z. B. auf Filtrationsmedien oder SPE-Sorbentien. Bei Filtergeräten hängt dies von vielen Faktoren ab, vor allem aber vom Filtertyp, dem zu filternden Lösungsmittel und dem Typ des PFAS-Moleküls.^4-5 In einigen Fällen kann beispielsweise durch Waschen mit Methanol sowohl die Kontamination als auch die Sorption auf Filtrationsmedien reduziert werden.^6-7

 

Probenfiltration für PFAS-Tests

Bei allen analytischen Methoden ist die Probenvorbereitung sorgfältig zu bewerten. In PFAS-Workflows könnten jedoch zusätzliche Faktoren die nachfolgenden PFAS-Analyseschritte erschweren. Dazu gehören eine potenzielle PFAS-Kontamination durch Filter oder andere Verbrauchsmaterialien, die mit den Proben in Kontakt kommen, und die Adsorption von PFAS-Verbindungen an Verbrauchsmaterialien, was zu einer reduzierten Wiederfindungsrate führt. Daher haben wir Spritzenvorsatzfilter-Komponenten aus PES, Nylon und Nylon-HPF für die Workflows zur PFAS-Detektion gemäß EPA 537.1 und EPA 1633 getestet, um den Grad der Kontamination mit Extractables aus den Membranen zu bestimmen. Zusätzlich haben wir Scheiben-Membranfilter aus Polypropylen getestet (jeweils 0,2-µm- und 0,45-µm- hydrophiles und hydrophobes Polypropylen für Methoden gemäß EPA 537.1 sowie 0,2-µm- hydrophiles Polypropylen für Methoden gemäß EPA 1633). Bei keinem der Filter haben wir nachweisbare Konzentrationen von PFAS-Kontamination über den jeweiligen Meldegrenzen (RL) festgestellt. Die Adsorption interner Standards, die zu einem gewissen Verlust an Rückgewinnung führte, trat hauptsächlich bei Membranmaterialien aus Nylon und hydrophobem Polypropylen auf. Ihre Werte variierten je nach PFAS-Typ, Kettenlänge und Filtratmaterial (Methanol vs. Wasser). Die Filtration in Methanol zeigte eine bessere Rückgewinnung der gleichen Standards für Nylon. Dies stützt den Vorschlag, die Bindung von PFAS-Verbindungen an Filtermaterialien durch Spülen mit Methanol zu reduzieren. Hydrophiles Polypropylen wies in Methanol und Wasser ähnliche Werte auf.

Wenn in einem PFAS-Workflow eine Filtration von Proben mit höherer Partikelmenge erforderlich ist, bieten Millex^®-Spritzenvorsatzfilter mit Komponenten aus PES, Nylon und Nylon-HPF sowie Scheiben-Membranfilter aus Polypropylen eine geeignete Option. 

PES Millex^®-Spritzenvorsatzfilter und Millipore^®-Scheibenmembranen sind ebenfalls mit alternativem Durchmesser erhältlich.

Literatur

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