Analisi degli estraibili PFAS nei prodotti di filtrazione con il metodo EPA 537.1 modificato
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- Contaminanti nell’analisi dei PFAS
- Analisi dei filtri da siringa Millex® in PES e in nylon con campioni di acqua mediante EPA 537.1 modificato
- Analisi dei filtri a membrana Millipore® in polipropilene con campioni di acqua mediante EPA 537.1 modificato
- Prodotti per la filtrazione raccomandati
Contaminanti nell’analisi dei PFAS
Un punto chiave per i metodi per l’analisi dei PFAS è quello di evitare qualsiasi forma di contaminazione che possa pregiudicare l’accuratezza dei dati, compresa quella dovuta alle tecniche di preparazione dei campioni, come la filtrazione. Ad oggi, la maggior parte dei metodi per l’analisi dei PFAS riguarda matrici “pulite”, come le acque potabili, e spesso non prevedono operazioni di filtrazione nella preparazione dei campioni. Tuttavia, metodi come SW-846 Method 8327, ASTM D7968, ASTM D7979, EPA 1633, e ISO 21675 prendono in esame matrici che potrebbero contenere tenori più elevati di particolato, come per esempio le acque di scarico. I particolati presenti in soluzione devono essere rimossi prima dell’analisi LC-MS/MS poiché possono avere effetti negativi sull’analisi del campione, sulla longevità della colonna e sul funzionamento complessivo delle apparecchiature. Tutti questi metodi riconoscono l’esigenza di una filtrazione su membrana nel formato del filtro per siringa.
Si è utilizzato un metodo EPA 537.1 modificato per provare che i filtri per siringa Milliflex® in polieteresolfone (PES) e in nylon e le membrane Millipore® in polipropilene non contengono livelli rivelabili di contaminanti PFAS che provengano da estraibili fluorurati.
Analisi dei filtri da siringa Millex® in PES e in nylon con campioni di acqua mediante EPA 537.1 modificato
Materiali e metodi
Sono stati sottoposti a test per la ricerca di estraibili PFAS secondo il metodo EPA 537.1 tre lotti di filtri per siringa Millex®in polieteresolfone (PES), tre lotti di filtri per siringa Millex® in nylon e due lotti di filtri per siringa Millex® in nylon-HPF (membrana di nylon con prefiltro in fibra di vetro per un’efficienza di filtrazione del particolato elevata). Nell’indagine sono stati considerati anche alcuni composti PFAS non previsti dal metodo, come i composti PFAS di nuova generazione e i solfonati di fluorotelomeri. Il metodo EPA 537.1 non prevede la filtrazione dei campioni, ma la filtrazione è stata impiegata per disporre di campioni limpidi per sottoporre ad analisi i livelli di contaminazione da sostanze estraibili riconducibili ai filtri per siringa.
Nel flusso di processo qui sotto viene descritto schematicamente il metodo EPA 537.1 modificato impiegato, mentre nella Tabella 1 sono riepilogate le condizioni operative delle analisi LC-MS/MS. In sintesi, ad un campione di acqua DI da 250 mL priva di PFAS è stata aggiunta una quantità nota di analiti surrogati. Ai bianchi per il QC è stato addizionato uno standard interno di 0,08 ppb. Per determinare se il mezzo di filtrazione contribuisce alla contaminazione da PFAS, l’intero campione è stato fatto passare attraverso il filtro e in una cartuccia SPE in stirene-divinilbenzene (SDVB). I flaconi e le provette dei campioni sono stati lavati con metanolo basico, fatto poi passare attraverso il filtro e nella cartuccia. L’intero campione è stato poi sottoposto ad SPE e concentrato a 1 mL in una miscela acqua:metanolo 96:4 (v/v) prima dell’analisi LC-MS/MS con una colonna C-18. L’analisi è stata condotta usando standard interni. In questo studio sono stati impiegati standard marcati isotopicamente C-13. I filtri sottoposti ad analisi ricomprendono: tre lotti di filtri per siringa Millex®-GP (filtri non-sterili, da 33 mm, con membrana in PES Millipore Express® PLUS) con pori da 0,22 µm (N° Cat. SLGP033N) e 0,45 µm (N° Cat. SLHP033N), tre lotti di filtri per siringa in nylon Millex® nylon (filtri non-sterili, da 33 mm, con membrana in nylon) con pori da 0,22 µm (N° Cat. SLGN033N) e due lotti di filtri per siringa Millex® nylon-HPF (filtri non-sterili, da 25 mm, con membrana in nylon e prefiltro in fibra di vetro) da 0.20 µm (N° Cat. SLGNM25).
Flusso di processo del metodo EPA 537.1 modificato utilizzato:
Il percorso a tappe
Filtro
I campioni sono stati filtrati con un filtro per siringa Millex®.
Estrazione in fase solida
Gli analiti sono stati estratti dal campione mediante estrazione in fase solida (SPE)
Concentrazione
Gli estratti sono stati concentrati per evaporazione in flusso di azoto utilizzando un bagno ad acqua.
LC-MS/MS
Gli estratti concentrati sono stati analizzati mediante LC-MS/MS.
Risultati
In nessuno dei dispositivi Millex® analizzati con il metodo EPA 537.1 modificato è stato possibile rivelare contaminanti PFAS al di sopra dei limiti di reporting (RL) o dei limiti di rivelabilità (MDL), nonostante le soglie fossero davvero basse: 0,0020-0,0080 ppb e 0,0010-0,0020 ppb rispettivamente, a seconda del composto (Tabella 2). I risultati sono stati gli stessi per i tre diversi lotti delle membrane in PES da 0,22 e 0,45 µm, i tre diversi lotti delle membrane di nylon da 0,20 µm e i due diversi lotti delle membrane in nylon-HPF da 0,20 µm. Questi risultati indicano che i dispositivi di filtrazione Millex® filtration in PES, nylon e nylon-HPF sono affidabili e adeguati ad essere impiegati nella filtrazione di campioni di acqua nella preparazione per l’analisi di questi composti PFAS.
Recuperi
In questo studio, le provette dei campioni e i flaconi dei campioni sono stati lavati con metanolo basico. I recuperi degli standard marcati C-13 sono risultati all’interno del range QC accettabile per il metodo. Tuttavia i recuperi hanno mostrato variazioni da materiale del filtro a materiale del filtro e da composto a composto (Figura 1). Per esempio, i dispositivi di filtrazione a base di nylon hanno mostrato recuperi più bassi di quelli contenenti PES. Nel caso delle membrane di nylon, l’adsorbimento non specifico degli standard interni aggiunti (spiked) e dei campioni può essere ridotto ricorrendo al lavaggio con metanolo. Risultati simili sono stati riscontrati utilizzando sole membrane in PES (prive di alloggiamento e filtrando mediante un dispositivo portafiltri Swinnex ® da 25 mm).
Figura 1.Recupero medio percentuale degli standard marcati C-13 per PFBS, PFBA, PFOA, PFOS e PFNA dopo filtrazione con dispositivi di filtrazione da siringa Millex® in nylon (colore viola, media ± deviazione standard (STDEV), n=9 esperimenti ripetuti su 3 lotti), nylon-HPF (motivo blu a scacchi, media ± STDEV, n=6 esperimenti ripetuti su 2 lotti), e PES (motivo verde con tratti diagonali, media ± STDEV, n=9 esperimenti ripetuti su 3 lotti). L’intervallo accettabile QC per il recupero degli standard interni è rappresentato dalle linee continue barrate di colore nero alla sinistra di ogni composto.
Analisi dei filtri a membrana in polipropilene Millipore® con campioni di acqua con il metodo EPA 537.1 modificato.
I filtri per siringa sono i dispositivi più raccomandati e i preferiti per la filtrazione dei campioni per l’analisi dei PFAS mediante LC-MS/MS, in virtù della facilità d’impiego e del range di piccoli volumi che possono essere trattati (10-100 mL). Tuttavia, ci sono circostanze in cui i filtri per siringa possono non rivelarsi la miglior soluzione per operazioni di filtrazione; per esempio, quando non sono disponibili in commercio filtri adeguati alla specifica applicazione. In tali casi è necessario prendere in considerazione una alternativa. Un’alternativa percorribile è data da dispositivi analoghi ai filtri per siringa, come il portafiltro Swinnex®. Questo dispositivo a pressione può alloggiare qualsiasi filtro a membrana pretagliato in forma di disco di dimensione data (diametro 13 mm 0 25 mm) e si usa nella stessa maniera di un tradizionale filtro per siringa, potendo quindi trasformare qualsiasi tipo di membrana filtrante nel formato di un filtro per siringa.
I metodi ASTM D7979 (per la rivelazione di PFAS in matrici acquose ad esclusione dell’acqua potabile) and ASTM D7968 (per la rivelazione di PFAS in solidi ambientali) consigliano entrambi il ricorso al polipropilene per la preparazione e la filtrazione dei campioni. Il polipropilene è un materiale resistente compatibile con un ampio spettro di solventi e di temperature ed è caratterizzato da basso livello di estraibili, il che lo rende particolarmente adatto per campioni che possono contenere PFAS o composti simili e per la preparazione della fase mobile. Uno dei problemi del propilene è però la sua natura idrofoba, che ne fa un materiale poco adatto a filtrare campioni acquosi. La maggior parte dei filtri a disco in polipropilene disponibili in commercio sono idrofobi, come i filtri a membrana in polipropilene Millipore® (N° Cat. PPTG04700 e N° Cat. PPTH04700). Benché adatti per solventi come il metanolo, difficilmente possono risultare utili a filtrare campioni acquosi. In alcuni casi è però possibile trovare filtri in polipropilene in formato idrofilo (filtri a membrana in polipropilene idrofilo Millipore® N° Cat. PPHG04700 e N° Cat. PPHH04700). Questi filtri sono indicati per trattare campioni acquosi. Perciò, avendo compreso le potenzialità dell’impiego delle membrane in polipropilene nel contesto di una varietà di protocolli per PFAS, tra cui la filtrazione della fase mobile, abbiamo determinato i livelli di estraibili PFAS rilasciati da questi filtri a disco.
Materiali e metodi
Assemblaggio del portafiltri Swinnex®
Abbiamo sottoposto ad analisi i filtri a membrana in polipropilene (PP) Millipore® idrofili e idrofobi da 0,2 µm e 0,45 µm per verificarne il contenuto in estraibili PFAS. Come mostrato nella Figura 2, sono stati impiegati dei dispositivi Swinnex® (da 25 mm di diametro) per convertire i diversi dischi di membrana filtrante in un dispositivo filtrante per siringa di tipo Luer-lock. Una volta assemblato, il dispositivo Swinnex® può essere collegato alla camera di una siringa Luer-lock contenente il materiale da sottoporre a filtrazione. La filtrazione è poi stata condotta come con un qualsiasi altro dispositivo filtrante per siringa. Per ogni singolo disco esaminato, è stato usato un dispositivo Swinnex® nuovo e pulito.
Figura 2A.Posizionamento dell’O-ring
Figura 2B.Manipolazione del filtro
Figura 2C.Posizionamento del filtro
Figura 2D.Serraggio della guarnizione
Figura 2E.Portafiltri Swinnex® assemblato
Metodo EPA 537.1 modificato
In questa parte dello studio, sono state sottoposte ad indagine quattro tipi di membrane filtranti a disco da 25 mm:
- PP idrofobo da 0,2 µm (N° Cat. PPTG02500)
- PP idrofobo da 0,45 µm (N° Cat. PPTH02500)
- PP idrofilo da 0,2 µm (N° Cat. PPHG02500)
- PP idrofilo da 0,45 µm (N° Cat. PPHH02500)
Una volta posizionato saldamente nel dispositivo Swinnex®, attraverso ogni disco sono stati fatti passare 250 mL di campione di acqua addizionato con surrogati (spiked) e raccolti in una cartuccia SPE in stirene divinilbenzene (SDVB) utilizzando le linee guida del metodo EPA 537.1 per matrici di acqua potabile. L’intero campione è stato sottoposto a SPE e concentrazione secondo le procedure delineate nel protocollo di cui sopra. È stata condotta quindi una procedura LC-MS/MS con una colonna C18 nelle condizioni riportate in tabella 1 ed utilizzando gli standard interni è stata poi condotta una analisi dei risultati per determinare l’eventuale presenza di estraibili nelle membrane dei filtri a disco in PP. E’ stato testato un singolo lotto per ogni tipo di membrana (n=3 filtri per lotto).
È importante notare come sia difficile far fluire acqua pura attraverso i dischi di membrana in PP idrofobo; perciò, per migliorare il flusso dell’acqua per questi campioni, i dischi di membrana sono stati preliminarmente bagnati in metanolo prima della filtrazione con 250 mL di acqua. Nel caso dei filtri a disco in PP idrofilo non è stato necessario ricorrere a tale espediente.
Risultati
Come constatato per i dispositivi filtranti per siringa Millex®, per nessuno dei filtri a disco in membrana di polipropilene testati secondo il metodo EPA 537.1 modificato sono stati rilevati contaminanti PFAS sopra il limite di reporting (RL), intervallo 0,0020-0,0080 ppb, o sopra il limite di rivelabilità, intervallo 0,0010-0,0020 ppb (Tabella 3). Ciò sta a indicare che queste membrane non contengono estraibili PFAS a queste concentrazioni e che quindi le membrane possono essere usate in applicazioni PFAS nelle quali la preparazione dei campioni richiede operazioni di filtrazione.
Tuttavia, esclusivamente nel caso delle membrane in polipropilene idrofobo, per quattro dei composti (acido perfluoro-n-dodecanoico (PFDoDA), acido perfluoro-n-tridecanoico (PFTrDA), acido perfluoro-n-tetradecanoico (PFTeDA), and acido n-etil perfluoroottansolfonammidoacetico (N-EtFOSAA)) non rivelati sopra i limiti per i composti PFAS, gli standard marcati ad essi associati 13C2-PFDoA, 13C2-PFTeDA e D5-NEtFOSAA, hanno mostrato recuperi al di fuori dei limiti di controllo pari a, rispettivamente, 40-140%, 30-130% e 40-140%. Questi composti hanno mostrato recuperi medi di circa ~15-25% (per PFDoDA, PFTrDA, e PFTeDA) e 30-33% (per N-EtFOSAA). Ciò indica che l’adsorbimento non specifico di questi composti sul propilene idrofobo potrebbe essere rilevante in acqua. Considerando la lunghezza delle catene alchiliche e i gruppi funzionali ingombranti di questi composti, c’è la possibilità che le interazioni idrofobe e steriche con i mezzi di filtrazione e con altri materiali di consumo giochino un ruolo di rilievo. È interessante notare che, per tutti i composti, i recuperi del polipropilene idrofilo sono rimasti all’interno dei limiti degli intervalli di riferimento, ad indicare che l’idrofilizzazione della membrana ha ridotto ogni interazione non-specifica con gli standard PFAS.
Recuperi
Membrane in polipropilene idrofobe vs. membrane in propilene idrofile
Nei campioni di acqua, le membrane in polipropilene idrofilo sottoposte ad analisi hanno mostrato recuperi degli standard interni all’interno dell’intervallo QC, mentre le membrane idrofobe no (Figura 3). I recuperi per i composti 13C2-PFDoDA, 13C2-PFTeDA e D5-EtFOSAA nel caso del polipropilene idrofobo hanno mostrato senza eccezioni un recupero al di fuori dell’intervallo QC, rendendo difficile determinare quantitativamente il vero contenuto in PFAS per questi composti. Dato che i composti PFDoDA, PFTeDA e PFTrDA sono molecole PFCA a catena lunga, le perdite osservate potrebbero essere dovute a ingombro sterico e interazioni idrofobiche con il materiale della membrana o con il materiale dell’alloggiamento Swinnex®.
Figura 3.Recupero medio percentuale degli standard marcati C-13, confronto tra i filtri a disco in polipropilene idrofilo e i filtri a disco in polipropilene idrofobo, in acqua, per la sola classe PFAS degli acidi perfluoroalchil-carbossilici. I valori sono media ± deviazione standard, n=3 repliche sperimentali L’intervallo QC per gli standard varia a seconda del composto, da sinistra a destra: 35-135% (13C4-PFBA), 50-150% (da 13C5-PFPeA fino a 13C7-PFUnDA), 40-140% (13C2-PFDoDA), 30-130% (13C2-PFTeDA).
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