수정된 EPA 1633을 사용하는 여과 제품의 PFAS 추출물 분석
PFAS 검사의 오염물질
더 고농도 입자가 포함된 매트릭스 내 PFAS 화합물 40종에 대한 EPA 1633 검사 - 폐수, 지표수, 지하수, 토양, 바이오 고형물, 퇴적물, 쓰레기 매립지 침출수, 어류 조직. 용액 내 입자는 시료 분석, 컬럼 수명 및 전반적인 기기 기능에 해를 끼치므로 LC-MS/MS 전에 제거되어야 합니다. EPA 1633은 수성, 고형 및 조직 시료의 추출 및 정화 공정 후 시린지 필터 형식을 사용하는 여과를 명시적으로 요구합니다.
EPA 방법 1633은 Millex® 폴리에테르술폰(PES) 및 나일론 시린지 필터 그리고 Millipore® 친수성 폴리프로필렌 필터 멤브레인에서 검출 가능한 수준의 PFAS가 나오지 않으며 허용 가능한 분석물 회수율을 허용한다는 것을 입증하는 가이드 방법으로서 사용되었습니다.
수정된 EPA 1633을 사용하여 메탄올 시료로 Millex® PES 및 나일론 시린지 필터 검사
재료와 방법
메탄올 용매 내 PFAS 추출물을 조사하기 위해 EPA 1633의 수정된 버전에 따라 SGS North America(플로리다주, 올랜도 소재)와 협력하여 Millex® 시린지 필터 장치의 PFAS 오염을 검사했습니다.
EPA 1633은 수성, 고형 또는 조직과 같은 고농도 입자 매트릭스 내에 존재하는 상당히 많은 수의 PFAS 화합물 검출을 요구하므로 여과가 필요합니다. 그렇지만 검사 방법별로 시료의 고형 물질 비율에 따라 각기 다른 시료 공정 및 추출 방법이 필요합니다. 그럼에도 불구하고, 모든 시료 매트릭스는 비추출 내부 표준 물질(NIS)의 첨가 및/또는 탄소 정화 후에 0.20 µm 나일론 멤브레인을 이용한 여과 단계가 필요하며, 이 단계는 메탄올 용매 내에서 수행됩니다.
해당 방법의 개요는 아래 작업 흐름에서 설명하였으며, LC-MS/MS 조건은 표 1에 나와 있습니다. 간략하게 말하자면, 5 mL 메탄올 시료를 EPA 1633에 따라 화합물별로 범위가 1.25~10 ppb인 C-13 표지된 추출(EIS) 및 비추출(NIS) 내부 표준 물질로 소량첨가하였습니다. 시료 여재가 PFAS 오염의 원인이 되는지 알아내기 위해, 전체 시료를 필터를 통해 통과시켰습니다. 여과액은 수집 후 C18 컬럼을 사용하여 LC-MS/MS로 분석되었습니다. 분석은 내부 표준 물질을 사용하여 수행되었습니다. 검사한 필터에는 다음이 포함되었습니다. Millex® -GP 시린지 필터(비멸균, 0.22 µm PES 멤브레인이 포함된 33 mm 필터, 제품 번호 SLGP033N) 로트 2개, Millex® 나일론 시린지 필터(비멸균, 0.20 µm 나일론 멤브레인이 포함된 33 mm 필터, 제품 번호 SLGN033N) 로트 2개, Millex® 나일론-HPF 시린지 필터(비멸균, 0.20 µm 나일론 멤브레인 및 유리 섬유 프리필터가 포함된 25 mm 필터, 제품 번호 SLGNM25) 로트 2개.
수정된 EPA 1633에 사용되는 방법의 작업 흐름
시료 조제
필터
LC-MS/MS
결과
메탄올에서 수행한 모든 반복실험 및 로트 검사에서 수정된 EPA 1633을 위한 그 어떠한 Millex® 시린지 필터에서도 40개 화합물의 보고 한계(RL)를 초과하는 검출 가능한 PFAS 오염물질이 없었습니다. 하지만 perfluoroalkyl carboxylic acid(PFCA) 범주에서 Millex® 나일론-HPF 시린지 필터 장치 로트 1의 첫 번째 복제 장치에서는 해당 기기의 RL 미만이지만 최소 검출 한계(MDL)를 초과하는 유효물질이 나타났습니다(표 2). 이 때문에 1개의 추가적인 복제 장치가 검사되었으며, 해당 장치에서 RL 또는 MDL을 초과하는 PFCA는 검출되지 않았습니다. 이 물질에 대해 검사한 다른 장치 또는 로트에서 그 어떠한 PFCA 또는 기타 화합물에 대한 유효물질도 나타나지 않았습니다. 멤브레인 소재 선택과 관련하여, 연구자들은 항상 유기 용매 노출 후 나올 수 있는 화학적 추출물의 수준이 적합한 수준인지 아닌지를 검사해야 합니다.
이러한 결과에 따르면 PES 및 나일론 Millex® 시린지 필터는 PFAS 화합물 분석을 위한 EPA 1633을 이용한 여과에서 신뢰성을 가지고 적합하게 사용할 수 있다는 것을 시사합니다. 시료의 사전 여과가 필요할 때는 나일론-HPF Millex® 여과 장치가 고려되어야 하며, 연구자들은 항상 해당 방법에서 요구하는 보고 한계를 알고 있어야 합니다.
화학적 추출물(표 2에 열거된 PFAS 화합물은 제외)은 이 연구에서 검사하지 않았습니다. 가능한 최상의 데이터 품질을 얻기 위해, 연구자들은 항상 특정 멤브레인 재료가 유기 용매에 노출된 뒤에 나올 수 있는 화학적 추출물의 수준을 검사하여 허용 가능한 수준인지 확인해야 합니다.
회수율
메탄올 용매의 EPA 방법 1633에 대해, PES 기반 시린지 필터 장치와 대조한 나일론 기반 시린지 필터 장치의 여과액 회수 백분율은 유사한 수준이었습니다(그림 1). 이는 여재로부터 PFAS 분자를 해리하는 데 메탄올이 도움이 된다는 문헌에서 보고된 내용을 뒷받침합니다.
그림 1.나일론 Millex® 시린지 필터(보라색, 평균 ± STDEV, 3개의 로트에 대해 n=9 반복실험), 나일론-HPF Millex® 시린지 필터(체크 무늬가 있는 파란색), PES Millex® 시린지 필터(수평 빗금 표시가 있는 초록색)로 여과 후 PFBS, PFBA, PFOA, PFOS, PFNA에 대해 C-13 표지된 표준 물질의 평균 회수 백분율(평균 ± 표준 편차(STDEV), 2개 로트에 대해 n=6 반복실험). 내부 표준 물질의 회수율에 대한 허용 가능한 QC 범위는 각 화합물에 대해 왼쪽에 검정 단색 수직선으로 표시되어 있습니다.
수정된 EPA 1633을 사용하여 메탄올 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.
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(제품 번호 PPTG04700 및 제품 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, 제품 번호 PPHG04700 및 제품 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 µm인 친수성 Millipore® 폴리프로필렌(PP) 멤브레인 필터를 PFAS 추출물 함량에 대해 검사했습니다. Swinnex® 장치(25 mm 직경)는 그림 2에 따라 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 2.폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터로 Swinnex® 장치 조립.
수정된 1633
친수성 0.2 µm 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터 로트 3개가 검사되었으며, 로트당 n=3 필터를 사용했습니다. EPA 1633은 검사하는 각각의 고농도 입자 매트릭스에 대해 약간 다른 추출 및 정화 전략의 개요를 서술합니다. 그러므로 본 연구에서는 비추출 내부 표준 물질(NIS)의 첨가 및/또는 탄소 정화 후에 메탄올 용매 내에서 수행되는 모든 매트릭스에서 요구되는 여과 단계에만 초점을 맞추었습니다. 이 연구는 특히 검사한 컷 디스크 멤브레인 필터에 40종의 PFAS 화합물 오염물질 중 어느 것이라도 함유되어 있는지 여부에 초점을 두고 시행되었습니다. 수정된 이 방법은 위의 작업 흐름에 묘사되어 있습니다.
일단 각각의 컷 디스크 멤브레인 필터가 Swinnex® 장치 내에 확실히 위치되면, 해당 방법에 따라 C-13 표지된 추출(EIS) 및 비추출(NIS) 내부 표준 물질로 소량첨가된 5 mL 메탄올 시료를 각 필터를 통해 통과시켰습니다. 여과액은 표 1에 기술된 조건 하에서 C18 컬럼을 사용하는 LC-MS/MS를 위해 수집되었으며 내부 표준 물질로 분석되었습니다. 여과가 메탄올에서 시행되었으므로 모든 컷 디스크 멤브레인 필터는 미리 적실 필요가 없었습니다.
결과
Millex® 시린지 필터 장치와 마찬가지로, 수정된 EPA 1633에 따라 그 어떠한 친수성 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터에서도 범위가 0.2~5 ppb인 RL, 또는 범위가 0.05~1 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. 메탄올을 사용하는 EPA 1633의 그 어떠한 내부 표준 물질 회수율에서도 문제가 관찰되지 않았으며, 이는 놀라운 일이 아닙니다. 이 연구와 이전의 나일론 멤브레인으로 수행한 연구1에서는 메탄올 용매 노출이 PFAS 화합물 및 내부 표준 물질의 비특이적 흡착을 감소시킨다고 나타났습니다.
회수율
PFAS 화합물의 결합 및 체류율에는 미묘한 차이가 있으므로 폴리프로필렌, 나일론, 폴리에테르술폰 멤브레인 소재에서 관찰된 것처럼 여과액에서 각기 다른 회수율로 이어집니다(그림 3). 0.2 µm 친수성 폴리프로필렌을 통해 여과된 메탄올 시료의 회수율은 0.20 µm 나일론 및 0.22 µm 폴리에테르술폰을 이용한 것과 유사했습니다. 종합하면, 이는 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터는 Swinnex® 장치와 병행되어 시린지 필터 형식에 대한 대안적인 시료 여과 방법을 제공할 수 있다는 것을 나타냅니다. 이동상을 여과할 필요가 있는 PFAS 방법을 위해 폴리프로필렌 멤브레인 필터는 적합한 필터 홀더로 사용될 수 있습니다. 특정 PFAS 화합물의 회수율은 이 워크플로의 일부로서 주의 깊게 고려되어야 합니다.
그림 3.0.20 µm 나일론 시린지 필터(보라색), 0.22 µm PES 시린지 필터(체크 무늬가 있는 파란색), 0.2 µm 친수성 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터(수평 빗금 표시가 있는 초록색)에 대한 EPA 1633에 따라 메탄올에서의 특정 C-13 표지된 표준 물질의 평균 회수 백분율. 총 9개 디스크에 대해 3개 로트에 걸쳐 모든 값은 평균 ± 표준 편차입니다.
메탄올 시료와 대조하는 물 시료
시린지 필터 장치를 사용하는 경우, 물에 비해 메탄올을 여과할 때 나일론 장치에 대한 회수율이 증가하는 경향이 관찰되었으며, 이는 발표된 연구에서도 관찰되었습니다.1 그렇지만, 모든 멤브레인 소재가 메탄올 여과와 비교하여 물 여과에서 동일한 방식으로 반응하지는 않습니다. 예를 들어, 친수성 폴리프로필렌은 메탄올 및 물 둘 다에서 모든 내부 표준 물질에 대해 허용 가능한 QC 범위 이내에 있는 유사한 회수율을 보여 주었으며, 일부의 경우(예: 짧은 사슬 PFCA 및 PFSA 화합물) 심지어 메탄올보다 물에서 회수율이 더 높았지만, 이는 각각의 PES 또는 나일론 소재에서는 관찰되지 않았습니다(그림 4).
그림 4.메탄올과 대조하여 물에서 친수성 폴리프로필렌 컷 디스크 멤브레인 필터에 대한 C-13 표지된 모든 표준 물질의 평균 회수 백분율. 물의 경우, 값은 평균 ± 표준 편차이며, 1개 로트에서 n=3 반복실험으로 검사되었습니다. 메탄올의 경우, 값은 평균 ± 표준 편차이며, 총 9개 디스크에 대해 3개 로트에 걸쳐 n=3 반복실험되었습니다.
참고문헌
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