수정된 EPA 537.1을 사용하는 여과 제품의 PFAS 추출물 분석
아래의 링크를 클릭하여 각 섹션으로 가십시오.
- PFAS 검사의 오염물질
- 수정된 EPA 537.1을 사용하여 물 시료로 Millex® PES 및 나일론 시린지 필터 검사
- 수정된 EPA 537.1을 사용하여 물 시료로 Millipore® 폴리프로필렌 멤브레인 필터 검사
- 추천 여과 제품
PFAS 검사의 오염물질
모든 PFAS 방법의 주요 고려사항은 여과 같은 시료 조제 기술에서 기인하는 오염을 포함하여 데이터 정확성에 영향을 미칠 수 있는 오염을 피하는 것입니다. 현재, 대부분의 PFAS 분석 방법은 음용수처럼 "깨끗한" 매트릭스를 위한 것이며 일반적으로 시료 조제의 일부로 여과가 필요하지 않습니다. 그러나 SW-846 방법 8327, ASTM D7968, ASTM D7979, EPA 1633 및 ISO 21675 같은 방법에서는 폐수처럼 더 고농도 입자가 포함될 수 있는 기질이 포함됩니다. 용액 내 입자는 시료 분석, 컬럼 수명 및 전반적인 기기 기능에 해를 끼치므로 LC-MS/MS 전에 제거되어야 합니다. 이러한 방법들은 시린지 필터 형식에서 멤브레인을 사용하는 여과의 필요성을 발견합니다.
수정된 EPA 537.1 방법은 Millex® 폴리에테르술폰(PES) 및 나일론 시린지 필터와 Millipore® 폴리프로필렌 멤브레인에서 불소화 추출물로 인한 PFAS 오염물질이 검출 가능한 수준으로 나타나지 않는다는 것을 입증하기 위해 사용되었습니다.
수정된 EPA 537.1을 사용하여 물 시료로 Millex® PES 및 나일론 시린지 필터 검사
재료와 방법
폴리에테르술폰(PES) 로트 3개, 나일론 로트 3개, 나일론-HPF(고농도 입자 여과를 위한 유리 섬유 프리필터가 포함된 나일론 멤브레인) Millex® 시린지 필터 장치의 로트 2개를 EPA 방법 537.1에 따라 PFAS 추출물에 대해 검사했습니다. 해당 방법에서 요구되지 않는 차세대 PFAS 화합물 및 fluorotelomer sulfonate를 포함한 일부 PFAS 화합물도 포함되었습니다. EPA 537.1에서는 시료 여과가 필요하지 않지만, 시린지 필터에서 추출되는 오염물질 수준을 검사하기 위한 깨끗한 시료를 제공하기 위해 여과가 사용되었습니다.
수정된 방법 EPA 537.1의 개요는 아래 작업 흐름에서 설명하였으며, LC-MS/MS 조건은 표 1에 나와 있습니다. 간략하게 말하자면, 250 mL 무 PFAS 탈이온수(DI water) 시료는 대체 표준 물질로 소량첨가되었습니다. 0.08 ppb의 내부 표준 물질 소량첨가는 QC 바탕시료에 사용되었습니다. 시료 여재가 PFAS 오염의 원인이 되는지 알아내기 위해, 전체 시료가 필터를 통해 styrene divinylbenzene(SDVB) SPE 카트리지 안으로 통과되었습니다. 시료 병 및 튜브는 염기 촉매 첨가 메탄올로 씻긴 후, 필터를 통해 카트리지로 통과되었습니다. 그런 뒤 전체 시료에 SPE를 시행하였으며, C18 컬럼을 이용한 LC-MS/MS 분석을 하기 전에 96:4%(부피비) 메탄올:물에서 1 mL로 농축되었습니다. 분석은 내부 표준 물질을 사용하여 수행되었습니다. C-13 표지된 표준 물질이 이 연구에서 사용되었습니다. 검사한 필터에는 다음이 포함되었습니다. 공극 크기 0.22 µm(카탈로그 번호 SLGP033N) 및 0.45 µm(카탈로그 번호 SLHP033N) 두 가지의 Millex®-GP 시린지 필터(Millipore Express® PLUS PES 멤브레인이 포함된 비멸균, 33 mm 필터) 로트 3개, 공극 크기 0.20 µm인 Millex® 나일론 시린지 필터(나일론 멤브레인이 포함된 비멸균, 33 mm 필터) 로트 3개(카탈로그 번호 SLGN033N), 공극 크기 0.20 µm인 Millex® 나일론-HPF 시린지 필터(나일론 멤브레인 및 유리 섬유 프리필터가 포함된 비멸균, 25 mm 필터) 로트 2개(카탈로그 번호 SLGNM25).
수정된 EPA 537.1에 사용되는 방법의 작업 흐름:
워크플로
필터
시료는 Millex® 시린지 필터를 사용하여 여과됩니다.
고체상 추출
분석물은 고체상 추출법(SPE)에 의해 시료에서 추출됩니다.
농도
추출물은 항온 수조를 이용하여 질소로 증발시켜 농축됩니다.
LC-MS/MS
농축된 추출물은 LC-MS/MS로 분석됩니다.
결과
수정된 EPA 537.1로 검사한 그 어떠한 Millex® 장치에서도 보고 한계(RL) 또는 최소 검출 한계(MDL)를 초과하는 검출 가능한 PFAS 오염물질이 없었으며, 심지어 각각의 화합물에 따라 0.0020~0.0080 ppb 및 0.0010~0.0020 ppb라는 매우 낮은 문턱값에도 불구하고 이러한 결과가 나왔습니다(표 2). 결과는 0.22 µm 및 0.45 µm PES 멤브레인의 각기 다른 로트 3개, 0.20 µm 나일론 멤브레인의 각기 다른 로트 3개, 0.20 µm 나일론-HPF 멤브레인의 각기 다른 로트 2개에 대해 동일했습니다. 이 결과는 PES, 나일론, 나일론-HPF Millex® 여과 장치가 이러한 PFAS 화합물 분석을 위한 준비에서 물 시료 여과에 대해 신뢰성 있고 적합하다는 것을 시사합니다.
회수율
이 연구에서 시료 튜브 및 시료 병은 염기 촉매 첨가 메탄올로 씻어냈습니다. C-13 표지된 표준 물질의 회수율은 해당 방법의 허용 가능한 범위 내였습니다. 하지만 회수율은 필터 소재마다(그림 1) 그리고 화합물마다 다양했습니다. 예를 들어, 나일론 기반 필터 장치는 PES 기반 필터 장치에 비해 더 낮은 회수율을 나타냈습니다. 나일론 멤브레인의 경우, 내부 소량첨가 표준 물질 및 시료의 비특이적 흡착은 메탄올 헹굼으로 감소시킬 수 있었습니다. PES 멤브레인만 사용(하우징 없이 25 mm Swinnex® 필터 홀더 장치를 사용하여 여과함)하여 유사한 결과가 나왔습니다.
그림 1.나일론(보라색, 평균 ± 표준 편차(STDEV), 로트 3개에 대해 n=9 반복실험), 나일론-HPF(체크 무늬가 있는 파란색, 평균 ± STDEV, 2개 로트에 대해 n=6 반복실험), PES(대각선 빗금 무늬가 있는 초록색, 평균 ± STDEV, 3개 로트에 대해 n=9 반복실험) Millex® 시린지 필터 장치로 여과 후에 PFNA, PFBA, PFOA, PFOS, PFNA에 대한 C-13 표지된 표준 물질의 평균 회수 백분율. 내부 표준 물질의 회수율에 대한 허용 가능한 QC 범위는 고체 바탕시료에 의해 입증되며, 각 화합물에 대해 왼쪽에 오차막대로 표시되어 있습니다.
수정된 EPA 537.1을 사용하여 물 시료로 Millipore® 폴리프로필렌 멤브레인 필터 검사
시린지 필터 장치는 사용하기 쉬우며 작은 부피의 범위(10~100 mL)를 처리할 수 있기 때문에 PFAS의 LC-MS/MS 분석을 위한 시료 여과 형식으로 가장 추천되고 선호됩니다. 하지만 예를 들어 특정 애플리케이션에 적합한 시판 시린지 필터가 없는 경우처럼, 시린지 필터가 여과에 가장 적합한 옵션이 아닌 경우가 있습니다. 이런 경우, 대안을 고려해야 합니다. Swinnex® 홀더 같이 시린지 필터와 유사한 장치는 실행 가능한 대안입니다. 이 압력 기반 장치는 특정 크기(직경 13 mm 또는 25 mm)의 모든 컷 디스크 멤브레인 필터를 수용하며 기존의 시린지 필터와 동일한 방식으로 작동하므로, 모든 멤브레인 필터를 시린지 필터 형식으로 전환합니다.
ASTM D7979(음용수를 제외한 물 매트릭스 내 PFAS 검출용) 및 ASTM D7968(환경 고형물 내 PFAS 검출용) 둘 다 시료 조제 및 여과를 위해 폴리프로필렌 사용을 추천합니다. 폴리프로필렌은 다양하고 폭넓은 용매 및 온도에 적합한 이중 소재이며 추출물이 적다고 입증되었으므로, 특히 PFAS 관련 시료 및 이동상 조제에 적합합니다. 폴리프로필렌이 가지고 있는 문제는 본래 소수성이라 수성 시료 여과가 까다롭다는 점입니다. Millipore® 폴리프로필렌 멤브레인 필터(카탈로그 번호 PPTG04700 및 카탈로그 번호 PPTH04700)와 같은 대부분의 시판 폴리프로필렌 디스크 필터는 소수성입니다. 메탄올 같은 용매에는 적합하지만 수성 시료 여과는 까다로울 수 있습니다. 일부의 경우, 폴리프로필렌은 친수성 형식(Millipore® 친수성 폴리프로필렌 멤브레인 필터, 카탈로그 번호 PPHG04700 및 카탈로그 번호 PPHH04700)으로 찾아볼 수 있습니다. 이러한 필터는 수성 시료를 취급하기에 적합합니다. 이동상 여과를 포함하여 다양한 PFAS 작업 흐름의 맥락 내에 사용되는 폴리프로필렌 소재의 잠재성을 깨닫고 이러한 필터 디스크가 방출하는 PFAS 추출물의 농도를 측정했습니다.
재료와 방법
Swinnex® 필터 홀더 어셈블리
공극 크기 0.2 µm 및 0.45 µm인 친수성 및 소수성 Millipore® 폴리프로필렌(PP) 멤브레인 필터를 PFAS 추출물 함량에 대해 검사했습니다. Swinnex® 장치(25 mm 직경)는 그림 2에 따라 여러 디스크 멤브레인 필터를 루어락(Luer-lock) 기반 시린지 필터 장치로 전환하는 데 사용되었습니다. Swinnex® 장치는 일단 조립되면 여과할 재료가 들어 있는 루어락 시린지 배럴에 연결될 수 있습니다. 그런 뒤 다른 시린지 필터 장치와 마찬가지로 여과를 수행했습니다. 모든 디스크 복제마다 새 것의 깨끗한 Swinnex® 장치를 사용했습니다.
그림 2A.O-링 배치
그림 2B.필터 취급
그림 2C.필터 배치
그림 2D.개스킷 고정
그림 2E.조립된 Swinnex® 필터 홀더
수정된 EPA 537.1
연구의 이 부분에서 4가지 유형의 25 mm 컷 디스크 멤브레인 필터를 검사했습니다.
- 0.2 µm 소수성 PP (카탈로그 번호 PPTG02500)
- 0.45 µm 소수성 PP (카탈로그 번호 PPTH02500)
- 0.2 µm 친수성 PP (카탈로그 번호 PPHG02500)
- 0.45 µm 친수성 PP (카탈로그 번호 PPHH02500)
일단 각각의 컷 디스크 멤브레인 필터가 Swinnex® 장치 내에 확실히 위치되면, 음용수를 위한 EPA 537.1을 지침으로 사용하여 대체 표준 물질로 소량첨가된 250 mL 물 시료를 각 필터를 통해 styrene divinylbenzene(SDVB) SPE 카트리지 안으로 통과시켰습니다. 위의 작업 흐름에 나와있는 공정 개요에 따라 전체 시료에 SPE를 시행하고 농축했습니다. C18 컬럼으로 수행한 LC-MS/MS는 표 1의 조건에 따라 수행되었으며 PP 컷 디스크 멤브레인 필터의 추출물 존재 농도 여부를 확인하기 위해 내부 표준 물질을 사용하여 분석이 수행되었습니다. 멤브레인 유형별로 1개의 로트(로트당 n=3 필터)를 검사했습니다.
소수성 PP 컷 디스크 멤브레인 필터를 통해 순수를 흐르게 하는 것은 어려운 일이라는 것에 주목하는 것이 중요합니다. 따라서 이러한 시료에 대한 물의 유속 향상을 위해 컷 디스크 멤브레인 필터는 250 mL 물을 여과하기 전에 메탄올로 미리 적셨습니다. 친수성 PP 컷 디스크 멤브레인 필터는 미리 적실 필요가 없었습니다.
결과
Millex® 시린지 필터 장치와 마찬가지로, 수정된 EPA 537.1에 따라 그 어떠한 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터에서도 범위가 0.0020~0.0080 ppb인 RL, 또는 범위가 0.0010~0.0020 ppb인 MDL을 초과하여 검출 가능한 PFAS는 없었습니다(표 3). 이는 해당 멤브레인들은 이러한 한계에서 PFAS 추출물이 없으며, 시료 조제를 위해 여과가 필요한 경우 PFAS 애플리케이션을 위해 사용될 수 있음을 나타냅니다.
하지만, 오직 소수성 폴리프로필렌 멤브레인의 경우에서는 검출 가능한 PFAS 화합물이 없는 4가지 화합물(perfluoro-n-dodecanoic acid(PFDoDA), perfluoro-n-tridecanoic acid(PFTrDA), perfluoro-n-tetradecanoic acid(PFTeDA), N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid(N-EtFOSAA))이 있었으나, 통제 한계를 벗어나서 각각 40~140%, 30~130%, 40~140%의 회수율을 보이는 관련 표준 물질인 13C2-PFDoA, 13C2-PFTeDA, D5-NEtFOSAA가 있었습니다. 이러한 화합물들은 약 15~25%(PFDoDA, PFTrDA, PFTeDA의 경우) 및 30~33%(N-EtFOSAA의 경우)의 평균 회수율을 보였습니다. 이는 소수성 폴리프로필렌에 대한 이러한 화합물들의 비특이적 흡착이 물에서 상당할 수 있다는 것을 나타냅니다. 이러한 화합물의 긴 사슬 길이 및 큰 작용기를 감안하면, 여재 및 기타 소모품과 잠재적으로 소수성 및 입체 상호작용을 할 수 있습니다. 흥미롭게도, 친수성 폴리프로필렌 회수율은 모든 화합물에 대해 통제 한계 범위 내에서 유지되었으며, 이는 멤브레인 재료의 친수화가 PFAS 표준 물질과의 어떤 비특이적 상호작용을 감소시켰다는 것을 나타냅니다.
회수율
친수성과 대조한 소수성 폴리프로필렌 멤브레인
물 시료에서 검사한 친수성 폴리프로필렌 멤브레인은 QC 범위 이내 내부 표준 물질의 회수율을 보여주었으나, 소수성 멤브레인은 그렇지 않았습니다(그림 3). 13C2-PFDoDA, 13C2-PFTeDA, D5-EtFOSAA에 대한 회수율은 소수성 폴리프로필렌에 대해 지속적으로 QC 범위를 벗어난 회수율을 보여주었으므로, 이러한 화합물에 대한 실제 PFAS 함량을 정량화하기가 어려웠습니다. PFDoDA, PFTeDA, PFTrDA가 긴 사슬 PFCA 분자라는 것을 감안하면, 소실량 관찰은 입체 간섭 그리고 멤브레인 소재 또는 Swinnex® 하우징 소재와의 소수성 상호작용 때문일 수 있습니다.
그림 3.물에서 소수성과 대조한 친수성 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터에 대한 C-13 표지된 표준 물질의 평균 회수 백분율, PFAS의 perfluoroalkyl carboxylic acid 부류 한정. 값은 평균 ± 표준 편차, n=3 반복실험. 표준 물질에 대한 QC 범위는 화합물에 따라 다양합니다. 왼쪽부터 오른쪽 방향으로: 35~135%(13C4-PFBA), 50~150%(13C6-PFDA를 통한 13C5-PFPeA), 40~140%(13C2-PFDoDA), 30~130%(13C2-PFTeDA).
계속 읽으시려면 로그인하거나 계정을 생성하세요.
계정이 없으십니까?