Nová metoda na stanovení organických polutantů v sedimentech po lyofilizaci

Proč sledovat PAH, PCB a OCP v sedimentech?

Organochlorové pesticidy (OCP), polychlorované bifenyly (PCB) a polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH) jsou organické látky, které se vyskytují jako chemická individua nebo směsi vykazující toxické vlastnosti, přetrvávají a bioakumulují se v prostředí a dochází u nich k přenosu a ukládání i stovky až tisíce kilometrů od jejich zdroje. U těchto látek byl prokázán významný škodlivý vliv na lidské zdraví a nepříznivé účinky na životní prostředí. První dvě uvedené skupiny (OCP a PCB) se řadí mezi persistentní organické polutanty (POPs) a jsou zařazeny na seznamu prioritních polutantů Stockholmské úmluvy. Řada PAH, z nichž nejznámější zástupce je benzo[a]pyrene, vykazují genotoxické a mutagenní vlastnosti.

Distribuce těchto kontaminantů v jednotlivých složkách životního prostředí je ovlivněna mnoha faktory a díky jejich výskytu v atmosféře, vodním i terestrickém ekosystému jsou považovány za všudypřítomné kontaminanty životního prostředí. Jejich afinita k vodnému prostředí je minimální, ochotně se však sorbují na tuhé částice, ať už jde o popel, prach, půdu nebo sediment. Vzhledem k tomu, že kumulace těchto látek v sedimentech může probíhat i řadu let, jsou sedimenty považovány za významný rezervoár kontaminantů a jeden ze sledovaných indikátorů znečištění životního prostředí.

Příprava sedimentů pro stanovení PAH, PCB a OCP lyofilizací

Jakým způsobem zpracovat vzorek sedimentu, který obsahuje majoritní část vody? Ne nadarmo se říká, všeho moc škodí. A v tomto případě je voda nežádoucí složkou, proto je potřeba ji před analýzou efektivně a přitom šetrně odstranit takovým způsobem, aby nedošlo ke ztrátám cílových analytů nebo změně charakteru vzorku.

S výhodou se tedy využívá lyofilizace, procesu šetrného sušení vzorků ve zmrazeném stavu, bez nutnosti použití tepla. Využití vakuové sublimace vody (respektive ledu) umožňuje zachovat původní strukturu sušeného vzorku. Lyofilizace je v současnosti využívána napříč technologickými odvětvími, z nichž nejznámější je zpracování ovoce v potravinářském průmyslu. Proces lyofilizace se skládá ze tří fází ‒ zamrazování, primární a sekundární fáze sušení.

Při zamrazování se lyofilizovaný vzorek zmrazí pod teplotu, při které nemůže existovat tekutina v kapalném skupenství. Fáze sušení představuje sublimaci ledu ze zmrazeného produktu za využití vakua, tj. přechod z pevného skupenství přímo do plynného. Vodní pára se následně vymrazuje na kondenzátoru. Kondenzátor se udržuje při teplotě -55°C nebo nižší. Doba lyofilizace závisí na množství vzorku a obsahu vody v něm. Výsledkem je perfektně vysušený „standardizovaný“ vzorek, který již lze dobře zpracovat a podrobit následné extrakci. Při lyofilizaci vzorku se minimalizuje riziko ztráty těkavých analytů a k analýze PAH, PCB a OCP je potřeba pouze cca 10 g finálního lyofilizátu.

Stanovení PAH, PCB a OCP v lyofilizovaných sedimentech

Po ukončení lyofilizace dostáváme vzorek zbavený veškeré vody a připravený k extrakci organických analytů. U látek, které se na materiál sorbují i několik desítek let, musí být zvolen dostatečně účinný, robustní a rychlý typ extrakce, ideálně s minimální spotřebou rozpouštědel, v rámci minimalizace vlivu na životní prostředí. Standardní otázkou je, zda bude dostačující běžná extrakce v ultrazvukové lázni či mechanická extrakce třepáním nebo je vhodné zvolit několikahodinovou extrakci dle Soxhleta? Společnost ALS šla ještě dál a zvolila moderní zařízení na extrakci environmentálních vzorků pomocí mikrovlnně asistované extrakce. K takovéto extrakci postačí malé množství rozpouštědla a dochází k efektivní migraci cílových látek ze vzorku přímo do rozpouštědla. Na rozdíl od extrakce podle Soxhleta je zkrácen čas extrakce z hodin na desítky minut při zachování vysoké extrakční účinnosti. Během 60 minut může být díky optimalizovanému mikrovlnnému procesu extrahováno v našem zařízení až 24 vzorků.

Získaný extrakt je následně podroben cílové analýze na nejmodernějším plynovém chromatografu Agilent, který je spojen s tandemovým hmotnostním detektorem, který zajistí selektivitu na úrovni mikrogramů na kilogram lyofilizovaného vzorku. Výsledkem je analytický záznam, ve kterém je redukován vliv matrice díky specifickému nastavení charakteristickému pro každou sledovanou látku.

ALS Czech Republic: Stanovení PAH, PCB a OCP v lyofilizovaných sedimentech

Využitím nejmodernější technologie a vhodnému spojení procesu lyofilizace, mikrovlnné extrakce a plynové chromatografie s tandemovým hmotnostním detektorem, získala společnost ALS spolehlivý, účinný a rychlý postup pro monitoring perzistentních organických látek v různorodém spektru sedimentů na úrovni ultrastopových koncentrací. Metoda je plně validovaná a akreditována ČIA.

Technické charakteristiky metody PAH, PCB a OCP v lyofilizovaném sedimentu na GC/MSMS:

• Kód pro objednání metody S-SMLGMS01, lyofilizace S-PPLYOF

• Akreditace – ano

• Potřebné množství vzorku po lyofilizaci 10g

PAH (16 látek): Parametr / Mez stanovitelnosti (mg/kg suš.)

• naftalen / 0.01
• acenaftylen / 0.01
• acenaften / 0.01
• fluoren / 0.01
• fenanthren / 0.01
• anthracen / 0.01
• fluoranthen / 0.01
• pyren / 0.01
• benzo(a)anthracen / 0.01
• chrysen / 0.01
• benzo(b)fluoranthen / 0.01
• benzo(k)fluoranthen / 0.01
• benzo(a)pyren / 0.01
• Indeno(1 2 3-cd)pyrene / 0.01
• dibenzo(a,h)anthracen / 0.01
• benzo(g,h,i)perylen / 0.01
• suma 16 PAU / 0.16

PCB (7 kongenerů): Parametr / Mez stanovitelnosti (mg/kg suš.)

• PCB 52 / 0.0001
• PCB 28 / 0.0001
• PCB 180 / 0.0001
• PCB 153 / 0.0001
• PCB 138 / 0.0001
• PCB 118 / 0.0001
• PCB 101 / 0.0001
• suma 7 PCB / 0.0007

OCP (22 látek): Parametr / Mez stanovitelnosti (mg/kg suš.)

• hexachlorbenzen (HCB) / 0.0001
• pentachlorbenzen / 0.01
• 4,4'-DDE / 0.0001
• hexachlorbutadien / 0.01
• 2,4-DDE / 0.0001
• 4,4'-DDD / 0.0001
• 4,4'-DDT / 0.0001
• HCH alfa / 0.0001

OCP (22 látek, pokračování): Parametr / Mez stanovitelnosti (mg/kg suš.)

• HCH beta / 0.0001
• HCH gama / 0.0001
• alfa-endosulfan / 0.01
• heptachlor / 0.01
• heptachlorepoxid-cis / 0.01
• heptachlorepoxid-trans / 0.01
• hexachlorethan / 0.01
• telodrin / 0.01
• aldrin / 0.01
• dieldrin / 0.01
• endrin / 0.01
• 2,4-DDT / 0.0001
• isodrin / 0.01
• 2,4-DDD / 0.0001