Analytical Solutions for PFAS Testing

Shrnutí: Analytická řešení pro testování PFAS

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou rozsáhlou skupinou persistujících organofluorovaných sloučenin používaných v průmyslu od 50. let. Díky vysoké chemické a termické stabilitě, hydrofobním a olejofobním vlastnostem se PFAS široce uplatňují v povrchových úpravách, balení potravin, textiliích či hasících prostředcích. Tyto vlastnosti však způsobují jejich perzistenci v prostředí, bioakumulaci a chronickou expozici lidí a ekosystémů, což vedlo k přísnějším regulacím a potřebě citlivých, robustních a standardizovaných analytických metod pro monitorování v různých matrikách (pitná voda, odpadní voda, půda, tkáně, potraviny, vzduch a spotřební zboží).

Cíle a přehled studie

Dokument sumarizuje sadu analytických postupů a instrumentálních řešení určených pro rutinní i objevnou analýzu PFAS v široké škále vzorků. Hlavní cíle jsou:

• Prezentovat ověřené workflow pro splnění požadavků regulačních metod (EPA, ISO, ASTM, AOAC).
• Uvést instrumentace a optimalizované podmínky pro kvantifikaci cílených PFAS při nízkých koncentracích (ng/L až ng/kg).
• Popsat postupy pro screening (AOF/CIC) a nedirektovaný (non‑targeted) screening pomocí HRAM‑DIA (QTOF).

Použitá metodika

Použité analytické přístupy kombinují kapalnou chromatografii s hmotnostní spektrometrií (LC‑MS/MS, LC‑QTOF, LC‑MS), plynovou chromatografii s MS (TD‑GC‑MS) pro těkavé/neutrální PFAS a spalovací iontovou chromatografii (CIC) pro měření adsorbovatelného organického fluoru (AOF). Typické kroky zahrnují:

• Připrava vzorku: přímá injekce vodných vzorků, SPE (on‑line i off‑line), QuEChERS extrakce pro potraviny, jednoduché methanolické extrakce pro spotřební materiály a textilie.
• Chromatografie: optimalizovaná separace pro krátké i dlouhé řetězce PFAS, použití delay/sloupců ke snížení pozadí a minimalizaci carry‑over.
• Detekce: cílené kvantitativní analýzy metodou MRM na triple‑quad, nontarget screening s vysokým rozlišením (HRAM DIA) pro identifikaci dosud neznámých PFAS, a CIC pro souhrnnou detekci halogenovaného kovu (F jako proxy pro celkové organické fluoriny).

Použitá instrumentace

Seznam klíčových přístrojů a komponent použitých ve studiích:

• LC‑MS/MS: Shimadzu LCMS‑8065XE, LCMS‑8060RX, LCMS‑8050, LCMS‑8060RX, LCMS‑8060NX, LCMS‑8060NX, LCMS‑2050 (single quad), LCMS‑8060RX (RX/TQ série), LCMS‑8065XE (ultra‑senzitivní).
• QTOF / HRAM: LCMS‑9030, LCMS‑9050 pro DIA/HRAM nontarget screening.
• GC‑MS + termická desorpce: GCMS‑QP2020 NX + TD‑30R pro měření neutralních/těkavých PFAS (FTOH, FTAC, FOSA).
• Spalovací iontová chromatografie (CIC): HIC‑ESP IC spojený s AQF‑5000H combustion unit (Nittoseiko Analytech) pro AOF podle EPA 1621.
• On‑line SPE / UHPLC: Nexera UHPLC systémy, Nexera SIL‑40 autosampler (stacked injeciton) pro online SPE extrakci (jídlo/vejce).
• Delay/Nexcol PFAS delay columns pro snížení pozadí a carry‑over.
• EDXRF: EDX‑8100 pro rychlou detekci elementárního fluoru ve výrobcích/textiliích.
• Další: TurboVap LV (evaporace), standardní laboratorní spotřební materiál (silanizované lahvičky, PP mikrofiltry aj.).

Hlavní výsledky a diskuse

Shrnutí klíčových zjištění z aplikací a ověření metod:

• Drinking water: Metody dle EPA 537.1 a 533 byly dosaženy s dobrou linearitou (R>0.997), opakovatelností a přesností při úrovních kolem finálních MCL (ng/L). LCMS‑8065XE umožnil přímou injekci 29 PFAS s LOQ <1 ng/L a cyklem 18 minut bez SPE.
• Více‑metodový provoz: Jeden triple‑quad LCMS s automatickým přepínáním metod může měřit PFAS i cyanotoxiny (EPA 533, 544, 545) s řízením carry‑over (pětiminutový rinse) a udržením přesnosti 80–120 %.
• Odpady/půda/tkáň: ASTM D8421 a ISO 21675 byly splněny; optimalizace chromatografie (ko‑injekce, větší průměr kolony, vyšší průtok) zlepšila tvar píků krátkých PFAS (PFBA, PFPrA). Pro půdu a tkáně ukázaly systémy vysokou robustnost (500 a 900 po sobě jdoucích injekcí) s recoveries 80–120 %.
• Non‑target screening: HRAM‑DIA na QTOFu umožnil detekci a charakterizaci dosud neznámých PFAS v provozních vzorcích; metoda byla validována na 14 standardech s detekcemi do 0.01–0.1 ng/mL a mass accuracy <±3.3 ppm.
• AOF (CIC): CIC umožnil screening celkové organické fluorinové zátěže v souladu s EPA 1621 s MDL ~1.27 µg/L jako F‑ekvivalent; metoda zachycuje i PFAS mimo cílené LC‑MS metody.
• Vzduch a spotřební zboží: TD‑GC‑MS měřil neutralní PFAS (FTOH apod.) s recoveries 77–106 %. Extrakční workflow pro spotřební výrobky bez SPE splnilo návrhové spouštěcí limity metody ASTM/nových návrhů.
• Potraviny: AOAC‑cílené metody pro rybí svalovinu, mléko a vejce dosáhly LOQ v rozsahu μg/kg až 0.01 μg/kg s dobrými recoveries a opakovatelností; online SPE + stacked injection zvyšuje citlivost a throughput.
• Balení/textilie: Přímé metody LC‑MS/MS detekovaly řadu PFAS v typu fast food FCM, přičemž celkové naměřené množství bylo výrazně pod tehdejšími doporučenými limity (Dánsko 2015). EDXRF nabízí rychlou presumptivní detekci fluoru v povrchových vrstvách.

Přínosy a praktické využití metody

• Poskytuje kompletní škálu nástrojů pro rutinní laboratorní monitorování i výzkumné nontarget screeningy PFAS.
• Možnost redukce časové náročnosti díky přímé injekci nebo online SPE, což zvyšuje průchodnost laboratoře při zachování senzitivity.
• Standardizované postupy kompatibilní s regulačními metodami usnadňují porovnatelnost dat mezi laboratořemi a podporují shodu s regulacemi.
• CIC a EDXRF doplňují selektivní LC‑MS analýzy o celkové ukazatele a rychlé screeningy, vhodné pro priorizaci vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření non‑target a suspect screeningu za použití HRAM a pokročilých datových nástrojů pro identifikaci nových PFAS struktur.
• Automatizace předanalytiky (on‑line SPE, stacked injekce) a minimalizace manuálních kroků pro vyšší throughput a menší riziko kontaminace.
• Integrace sumárních parametrů (AOF/EOF) do rutinního monitoringu jako rychlého screeningu pro nestandardní/fluktuující zatížení PFAS.
• Další standardizace a harmonizace metodika (ASTM, ISO, AOAC, EPA) pro spotřební výrobky a potraviny a implementace nižších regulačních limitů vyžadujících vyšší senzitivitu analytických metod.
• Vývoj materiálů a metod s nižším PFAS‑backgroundem (delay columns, PFAS‑free spotřební materiál) ke snížení artefaktů a pozadí.

Závěr

Prezentované analytické přístupy a instrumentace demonstrují, že kombinace optimalizované chromatografie, citlivé MS detekce a doplňkových technik (CIC, TD‑GC‑MS, EDXRF) umožňuje spolehlivé měření PFAS napříč matrikami. Moderní hardware a software zvyšují citlivost a throughput, což podporuje plnění rostoucích regulačních požadavků a rozšiřování monitoringu na dosud málo sledované PFAS látky.

Reference

Seznam klíčových metod a norem citovaných ve zdroji:

• EPA Method 537.1 (PFAS v pitné vodě)
• EPA Method 533 (PFAS v vodě)
• EPA Method 544, 545 (cyanotoxiny)
• EPA Method 1621 (AOF pomocí CIC)
• EPA Method 1633 / 1633A (PFAS ve slaminách, půdě, tkáních, biosolidech)
• ISO 21675 (PFAS ve vodách, včetně dlouhých řetězců)
• ASTM D8421‑22 (PFAS v nepitných vodách)
• AOAC SMPR (cílové PFAS pro potravinářské matice)