Comparison of the Sensitivity of Solid Phase MicroExtraction (SPME) and Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) for the Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Water and Soil Samples

Význam tématu

Polycyklické aromatické uhlovodíky (PAU) patří mezi klíčové environmentální kontaminanty vznikající spalováním fosilních paliv. Regulace jejich výskytu v povrchových i podzemních vodách a v půdách je stanovena řadou mezinárodních norem. Tradiční extrakční techniky (LLE, SPE) vyžadují organické rozpouštědlo a časově náročné kroky koncentrování. Metody SPME a SBSE eliminují spotřebu rozpouštědel, zjednodušují přípravu vzorků a umožňují dosáhnout nízkých hladin detekce v ekologických a průmyslových aplikacích.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo porovnat opakovatelnost a citlivost dvou sorpčních technik – Solid Phase MicroExtraction (SPME) s 100 µm PDMS vláknem a Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) s 10 mm PDMS závažíčkem (GERSTEL Twister) – při stanovení 16 US EPA PAU sloučenin ve vodě a půdních extraktech. Teoretické výpočty předpokládaly kvantitativní extrakci téměř všech PAU sběračem SBSE, zatímco u SPME by nižší molekulové hmotnosti vykazovaly nižší využití sorpční fáze.

Použitá instrumentace

• GC-MS: Agilent 6890/5973N, He, kolona HP-5 MS (30 m×0,25 mm×0,25 µm)
• PTV vstřikovač s chladicím modulem CIS 4 (Gerstel)
• Automatický desorpční systém TDS 2/TDS A (Gerstel)
• Automat pro SPME a SBSE: MultiPurpose Sampler 2 (Gerstel)
• SBSE: GERSTEL Twister 10 mm df=0,5 mm PDMS
• SPME: PDMS vlákno 100 µm

Hlavní výsledky a diskuse

Teoretické výpočty ukázaly, že SBSE zajistí téměř 100% recoveries kromě naphthalenu (~83 %). U SPME se kvantitativní sazbou extrakce předpokládaly pouze těžší PAU. Experimenty ve vodných vzorcích (10 ppt–4 ppb) potvrdily výrazně vyšší citlivost SBSE: detekční limity 0,08–2 ppt oproti 0,3–84 ppt u SPME. Reprodukovatelnost SBSE dosahovala 4–15 % u lehčích PAU a 18–28 % u vyšších, kdežto SPME vykázala 7–15 % u lehčích a až 79 % u vyšších sloučenin. Optimalizace SPME (10 % MeOH, agitace 35 °C, 5:1 split, 15 min bake-out) částečně zlepšila výsledky, ale SBSE zůstalo robustnější. Extrakce půdního vzorku (NIST SRM 1939) ultrazvukem s následným SBSE vedla k 12–20 % variabilitě; SPME nebylo dostatečně citlivé.

Přínosy a praktické využití metody

SBSE nabízí výrazně nižší detekční limity, vyšší citlivost a lepší opakovatelnost pro oblast stopových PAU ve vodách i půdách. Odstraňuje potřebu organických rozpouštědel a díky automatizované termální desorpci minimalizuje riziko kontaminace. Je vhodné pro rutinní monitoring kvality vody, hodnocení environmentálních kontaminací a QA/QC v průmyslových laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zvýšení sorpční kapacity: Twister o větší délce/fázi PDMS
• Pokročilé vzorkovací systémy: online SBSE-GC-MS
• Nové povlaky: kombinované fázové materiály pro širší spektrum sloučenin
• Integrace s ASE vodní extrakcí a velkoobjemovou injekcí
• Rozšíření aplikací: stanovení PCBs, pesticidů a dalších semi-volatilních organických látek

Závěr

Porovnání ukázalo, že SBSE dosahuje až 80× vyšší citlivosti a stabilnější opakovatelnosti než SPME při stanovení PAU ve vodách a půdách. SPME je vhodné pro vyšší koncentrace a lehčí PAU, ale pro cílené stopové analýzy se doporučuje SBSE. Další postupy optimalizace mohou dále zlepšit obě techniky.

Reference

1. Morabito et al. J. High Resol. Chromatogr. 16, 90 (1993)
2. Arthur & Pawliszyn Anal. Chem. 62, 2145 (1990)
3. Baltussen et al. J. Microcol. Sep. 11, 737 (1999)
4. SRC KowWin v 1.66 (1999)
5. Heberer, T. Kapillargaschromatografie (1995)
6. Kicinski, H. G. Git Lab. 11, 999 (1993)
7. Gorecki, T. (Univ. of Waterloo)
8. Thurow & Koch, Analyt. Inst. GmbH (2001)
9. Pawliszyn, J. Applications of SPME, RSC (1999)
10. Mani, V. Properties of SPME coatings (1999)
11. Hässelbarth, A. Kraft Foods R&D (2001)
12. Pfannkoch, E. A. Gerstel Inc. (2001)