Non-Target Analysis of Electronic Waste Samples from China

Význam tématu

Analýza elektronického odpadu má klíčový význam pro hodnocení ekologických rizik spojených s neřízenou recyklací a spalováním elektronických zařízení. V rozvojových regionech, jako je Čína, dochází k hromadění bromovaných zpomalovačů hoření a dalších organických znečišťujících látek, které se uvolňují při nesprávném zpracování e-odpadu. Dlouhodobá expozice těmto látkám může způsobit ekologické i zdravotní dopady na místní populace a životní prostředí.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na nekontrolovaná místa recyklace elektroniky v oblasti Fengjiang, Čína. Hlavním cílem bylo identifikovat a charakterizovat nové či dosud nezmapované organické kontaminanty ve dvou typech vzorků: prach z podlah dílen a plastový odpad po drcení kovových částí. Pro tento účel byla zvolena nekcílová strategie využívající komplexní dvourozměrnou chromatografii spojenu s vysokorozlišovací časově-oflajnovou hmotnostní spektrometrií (GC×GC-HRT).

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• Prach z betonových podlah recyklačních dílen
• Plastový materiál po odštěpení kovových složek

Instrumentace:

• Gas chromatograf Agilent 7890 s modulátorem Dual Stage Quad Jet
• Autosampler Gerstel MPS2 s CIS-4 inlet
• Dvoukolonový systém: primární kolona Rtx-Dioxin2 (60 m × 0,25 mm × 0,25 µm), sekundární kolona Rxi-17SilMS (0,60 m × 0,25 mm × 0,25 µm)
• Přenosová linka a modulátor udržovány o 10 °C resp. 25 °C výše než primární a sekundární trouba
• Detektor LECO Pegasus® HRT 4D, ionizace EI, rozsah 15–1000 m/z, 5 spekter/s
• Teplotní program: 80 °C (0,1 min), 12 °C/s do 300 °C, poté 3,5 °C/min do 340 °C (20 min)
• Modulace perioda 3 s

Workflow identifikace:

1. Porovnání s autenti ckými standardy (masová přesnost <1,5 ppm)
2. Matching v komerčních knihovnách
3. Predikce sumárního vzorce a fragmentace
4. Nekcílová predikce struktur z databází (ChemSpider)

Hlavní výsledky a diskuse

Komplexní GC×GC-HRT výrazně zlepšila rozlišení a snížila chemický šum oproti 1D GC-HRT. Byly detekovány a identifikovány skupiny kontaminantů, včetně:

• Polychlorované bifenyly (PCB)
• Polybromované difenyléthery (PBDE)
• Polychlorované naftaleny (PCN)
• Brom-chlor difenylétery (nový zjištěný izomer m/z 281,9263)
• Dechlorane Plus a další flame retardanty

Ukázalo se, že mnohé sloučeniny dosud nepopsané v e-odpadu lze spolehlivě detekovat díky vysoké rozlišovací schopnosti hmotnostního spektrometru a dvourozměrné chromatografie. Isomery bylo možné oddělit v druhém chromatografickém rozměru.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda GC×GC-HRT umožňuje:

• Komplexní profilování kontaminantů v ekologicky rizikových matricích
• Vysokou citlivost a přesnou identifikaci s chybou <2 ppm
• Nekcílové odhalení nových či nepředpokládaných látek
• Podporu QA/QC v regulačních a průmyslových laboratořích

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj spočívá v integraci vysokorozlišovacích metod s pokročilými algoritmy strojového učení pro automatizovaný screening, rozšíření analýzy na další matice (voda, sedimenty), využití on-site MS systémů a doplnění výsledků o sledování biologických efektů kontaminantů.

Závěr

GC×GC-HRT se ukázala jako vysoce efektivní nástroj pro nekcílovou analýzu komplexních vzorků e-odpadu. Díky kombinaci dvourozměrného dělení a vysoké masové přesnosti lze nejen monitorovat známé polutanty, ale i odhalovat nové a potenciálně nebezpečné organické sloučeniny.

Reference

1. Ma J et al. Concentrations, profiles, and estimated human exposures for polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans from electronic waste recycling facilities and a chemical industrial complex in Eastern China. Environ Sci Technol. 2008;42:8252–8259.
2. Wen S et al. Elevated levels of urinary 8-hydroxy-2’-deoxyguanosine in male electrical and electronic equipment dismantling workers exposed to high concentrations of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans, polybrominated diphenyl ethers, and polychlorinated biphenyls. Environ Sci Technol. 2008;42:4202–4207.
3. Sverko E et al. Dechlorane plus and related compounds in the environment: a review. Environ Sci Technol. 2011;45:5088–5098.