Analyse de composés extractibles du type PFAS dans des produits de filtration selon une version modifiée de la méthode EPA 1633
- Les contaminants dans l'analyse des PFAS
- Analyse de filtres pour seringue Millex® en PES et en nylon avec des échantillons de méthanol selon une version modifiée de la méthode EPA 1633
- Analyse de filtres membranes Millipore® en polypropylène avec des échantillons de méthanol selon une version modifiée de la méthode EPA 1633
- Filtres pour version modifiée de la méthode EPA 1633
- Produits de filtration recommandés
- Références bibliographiques
Les contaminants dans l'analyse des PFAS
La méthode EPA 1633 permet de tester 40 composés du type PFAS dans des matrices à haut niveau de particules : eaux usées, eaux de surface, eaux souterraines, sols, biosolides, sédiments, lixiviats de décharges du type enfouissement et tissus de poisson. 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. Pour les échantillons aqueux, solides et tissulaires, la méthode EPA 1633 demande spécifiquement une filtration avec un filtre pour seringue après le procédé d'extraction et de purification.
Cette méthode a servi de guide pour montrer que les filtres pour seringue Millex® en polyéthersulfone (PES) et en nylon ainsi que les membranes Millipore® en polypropylène hydrophile ne transmettent pas de niveaux détectables de contamination par les PFAS et garantissent une récupération acceptable des analytes.
Analyse de filtres pour seringue Millex® en PES et en nylon avec des échantillons de méthanol selon une version modifiée de la méthode EPA 1633
Matériel et méthodes
Pour étudier les PFAS extractibles dans le méthanol utilisé comme solvant, la contamination de filtres pour seringue Millex® par les PFAS a été évaluée selon une version modifiée de la méthode EPA 1633 en collaboration avec SGS North America (site d'Orlando en Floride).
La méthode EPA 1633 permet de détecter un grand nombre de PFAS dans les matrices à haut niveau de particules (matrices aqueuses, solides ou tissulaires) et nécessite donc une filtration. La méthode impose toutefois différentes méthodes de traitement et d'extraction des échantillons en fonction du pourcentage de solides de ces derniers. Malgré cela, chaque matrice d'échantillon requiert une étape de filtration, après ajout d'étalons internes non extraits ("non-extracted internal standards", NIS) et/ou purification sur du charbon, avec une membrane en nylon de 0,20 µm, qui se fait dans du méthanol en guise de solvant.
Le déroulement de la méthode est décrit ci-dessous et les conditions de LC-MS/MS sont données au Tableau 1. Pour faire court, un échantillon de 5 ml de méthanol a été enrichi avec des étalons internes extraits (EIS) et non extraits (NIS) marqués au C-13 à hauteur de 1,25 à 10 ppb, en fonction du composé, selon la méthode EPA 1633. 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. Le filtrat a été recueilli et analysé par LC-MS/MS sur une colonne C18. L'analyse a été réalisée avec des étalons internes. Les filtres testés étaient les suivants : deux lots de filtres pour seringue Millex®-GP (filtres non stériles de 33 mm dotés d'une membrane en PES de 0,22 µm, référence SLGP033N), deux lots de filtres pour seringue Millex® en nylon (filtres non stériles de 33 mm dotés d'une membrane en nylon de 0,20 µm, référence SLGN033N) et deux lots de filtres pour seringue Millex® en nylon-HPF (filtres non stériles de 25 mm avec une membrane en nylon de 0,20 µm et un préfiltre en fibres de verre, référence SLGNM25).
Déroulement de la version modifiée de la méthode EPA 1633 utilisée
Préparation des échantillons
Filtration
LC-MS/MS
Résultats
Aucun des 40 contaminants PFAS recherchés n'a été trouvé dans les filtres pour seringue Millex® sur les réplicats et les lots testés dans du méthanol au-dessus de la limite de notification ("reporting limit", RL) avec la version modifiée de la méthode EPA 1633. Cependant, dans la catégorie des acides carboxyliques perfluoroalkylés (PFCA), le premier dispositif réplicat du lot 1 de filtres pour seringue Millex® en nylon-HPF a donné des résultats positifs inférieurs à la RL, mais supérieurs à la limite de détection minimale ("minimum detection limit", MDL) de l'instrument (Tableau 2). C'est pour cette raison qu'un dispositif réplicat supplémentaire a été testé : aucun PFCA n'a été détecté au-dessus de la RL ou de la MDL dans ce dernier. Aucun autre dispositif ou lot testé pour ce matériau n'a donné de résultat positif pour un PFCA ou d'autres composés. En ce qui concerne le choix du matériau formant la membrane, les chercheurs devraient toujours évaluer si les niveaux des composés chimiques extractibles susceptibles d'être libérés après exposition à des solvants organiques sont appropriés.
Ces résultats suggèrent que les filtres pour seringue Millex® en PES et en nylon sont fiables et sont adaptés à la filtration demandée dans la méthode EPA 1633 pour l'analyse de composés PFAS. Les dispositifs de filtration Millex® en nylon-HPF devraient être envisagés lorsque les échantillons nécessitent une préfiltration, et les chercheurs devraient toujours connaitre les limites de notification requises pour la méthode.
Aucun produit chimique extractible (hormis les composés PFAS listés dans le Tableau 2) n'a été testé dans cette étude. Afin de maximiser la qualité des données, les chercheurs devraient toujours évaluer le niveau des produits chimiques extractibles susceptibles d'être libérés après exposition de certains matériaux de membrane aux solvants organiques pour s'assurer que leurs niveaux sont acceptables.
Récupération
Pour les tests réalisés selon la méthode EPA 1633 dans du méthanol en guise de solvant, les pourcentages de récupération des filtrats issus des filtres pour seringue à base de nylon comparés à ceux des filtres pour seringue à base de PES étaient de niveaux similaires (Figure 1). Cela appuie ce qui a été signalé dans la littérature, à savoir que le méthanol facilite la dissociation et la libération des molécules de PFAS présentes dans les matériaux filtrants.
Figure 1.Pourcentage de récupération moyen (moyenne ± écart-type (STDEV), n=6 réplicats sur 2 lots) 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 ± STDEV, n=9 réplicats sur 3 lots), des filtres pour seringue Millex® en nylon-HPF (bleu à carreaux) et des filtres pour seringue Millex® en PES (vert hachuré). La plage de QC acceptable pour la récupération des étalons internes est indiquée par la fourchette verticale noire à gauche de chaque composé.
Analyse de filtres membranes Millipore® en polypropylène avec des échantillons de méthanol selon une version modifiée de la méthode EPA 1633
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.
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 Millipore® en polypropylène (PP) de 0,2 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 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 a été utilisé pour chaque disque réplicat.
Figure 2.Assemblage du dispositif Swinnex® avec un filtre membrane en polypropylène découpé en forme de disque.
Version modifiée de la méthode 1633
Trois lots de filtres membranes hydrophiles de 0,2 µm en polypropylène découpés en forme de disques ont été testés, en utilisant n = 3 filtres par lot. La méthode EPA 1633 donne des stratégies d'extraction et de purification légèrement différentes pour chaque matrice à forte teneur en particules testée. Cette étude s'est concentrée uniquement sur l'étape de filtration requise pour toutes les matrices après l'ajout d'étalons internes non extraits (NIS) et/ou la purification sur du charbon effectuée dans du méthanol en guise de solvant. Cela avait pour but de vérifier spécifiquement si les filtres membranes disques testés ici étaient contaminés par les 40 composés PFAS mentionnés dans la méthode. Cette méthode modifiée est détaillée dans le déroulement de la procédure illustré ci-dessus.
Une fois chaque filtre membrane disque placé dans un dispositif Swinnex®, des échantillons de méthanol d'un volume de 5 ml, enrichis avec des étalons internes extraits (EIS) et non extraits (NIS) marqués au C-13 conformément à la méthode suivie, ont été passés sur chacun des filtres. Le filtrat a été recueilli en vue d'une analyse par LC-MS/MS à l'aide d'une colonne C18 dans les conditions décrites au Tableau 1 et a été analysé avec des étalons internes. Comme la filtration a été réalisée dans du méthanol, aucun des filtres disques n'a nécessité de pré-mouillage.
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 0,2 à 5 ppb, ou de la MDL, allant de 0,05 à 1 ppb, dans les filtres membranes disques hydrophiles en polypropylène testés selon la version modifiée de la méthode EPA 1633 (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. Aucun problème n'a été observé en ce qui concerne la récupération des étalons internes pour la méthode EPA 1633 dans du méthanol, ce qui n'est pas surprenant. Nos études ainsi que des études antérieures1 portant sur les membranes en nylon ont montré que l'exposition de ces membranes au méthanol utilisé comme solvant réduit l'adsorption non spécifique des PFAS et des étalons internes.
Récupération
De légères différences d'adsorption et de rétention des composés PFAS, entraînant des récupérations différentes dans le filtrat, ont été observées entre le polypropylène, le nylon et la polyéthersulfone (Figure 3). La récupération dans les échantillons de méthanol filtrés sur un filtre de polypropylène hydrophile de 0,2 µm est similaire à celle obtenue avec les filtres en nylon de 0,20 µm et en polyéthersulfone de 0,22 µm. Tout cela indique que les filtres disques en polypropylène peuvent être associés aux dispositifs Swinnex® pour offrir une alternative à la filtration des échantillons avec des filtres pour seringue. Pour les méthodes d'analyse de PFAS où la phase mobile doit être filtrée, il est possible d'utiliser des filtres membranes en polypropylène avec le support filtre approprié. La récupération de certains composés PFAS devrait être considérée avec précaution dans le cadre de cette procédure.
Figure 3.Pourcentage de récupération moyen de certains étalons marqués au C-13 dans du méthanol selon la méthode EPA 1633 pour des filtres pour seringue en nylon de 0,20 µm (violet), des filtres pour seringue en PES de 0,22 µm (bleu à carreaux) et des filtres membranes hydrophiles en polypropylène découpés en forme de disques de 0,2 µm (vert hachuré). Toutes les valeurs correspondent à la moyenne ± écart-type de trois lots, pour un total de neuf disques.
Échantillons d'eau contre échantillons de méthanol
Les filtres pour seringue ont montré une hausse de la récupération pour les dispositifs en nylon lors de la filtration du méthanol par rapport à la filtration de l'eau, tendance également observée dans des études publiées1. Toutefois, tous les matériaux de membrane ne répondent pas forcément de la même manière à la filtration dans l'eau par rapport à la filtration dans le méthanol. Par exemple, le polypropylène hydrophile a donné une récupération similaire dans la plage de QC acceptable pour tous les étalons internes tant pour le méthanol que pour l'eau, et dans certains cas (PFSA et PFCA à courte chaîne par exemple), une récupération même plus élevée dans l'eau que dans le méthanol, phénomène non observé avec le PES ou le nylon (Figure 4).
Figure 4.Pourcentage de récupération moyen de tous les étalons marqués au C-13 pour les filtres membranes hydrophiles en polypropylène découpés en forme de disques dans l'eau versus le méthanol. Pour l'eau, les valeurs représentent la moyenne ± écart-type de n = 3 réplicats d'un seul lot testé. Pour le méthanol, les valeurs correspondent à la moyenne ± écart-type de n = 3 réplicats sur trois lots, pour un total de neuf disques.
Filtres pour version modifiée de la méthode EPA 1633
En suivant une version modifiée de la méthode EPA 1633, cette étude a montré que les filtres pour seringue en PES et en nylon, de même que les membranes hydrophiles en polypropylène placées dans un dispositif Swinnex®, sont fiables et conviennent à l'analyse des composés PFAS.
- Aucun composé PFAS n'a pu être détecté dans ces dispositifs de filtration.
- Le pourcentage de récupération pour les filtrats de tous ces dispositifs était d'un niveau similaire.
Produits de filtration recommandés
Références bibliographiques
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