Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Wastewater

Význam tématu

Analýza per- a polyfluorovaných alkylových látek (PFAS) v povrchových, podzemních a odpadních vodách je kritická pro hodnocení environmentální expozice a plnění regulatorních požadavků. Metoda EPA 1633A představuje komplexní standard pro stanovení širokého spektra PFAS v různých matricích; její implementace vyžaduje robustní přípravu vzorku s minimální kontaminací a dostatečnou senzitivností pro detekci na úrovních ng/L a nižších. Tato aplikace hodnotí semi‑automatizovaný systém pro SPE (EZPFC, FMS) jako prostředek zefektivnit a zpřesnit přípravu vzorků podle požadavků metody 1633A.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ověřit výkonnost semi‑automatizovaného SPE workflow (FMS EZPFC) pro extrakci 40 cílových PFAS z vodných matic v souladu s EPA Method 1633A a následnou analýzu LC–MS/MS. Hodnoceny byly: rychlost zpracování, přesnost a opakovatelnost spike recoveries, method detection limits (MDL), pozadí z procesních blanků a praktická odolnost vůči zaklepávání patron při práci s částicemi bohatými maticemi (studie na syntetické odpadní vodě, studijní vzorky: studniční, říční a pitná voda).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika

• Objem vzorku: 500 mL; vzorky byly podle potřeby spikeovány nativními standardy a extrahovanými interními standardy (EIS).
• SPE: Agilent Bond Elut PFAS WAX 150 mg / 6 mL; extrakce probíhala na semi‑automatizovaném EZPFC systému s trvalým vakuem. Rychlost průtoku při naložení: 5–10 mL/min.
• Propracované kroky zahrnovaly kondicionaci kartuší (1 % methanolický amoniak následovaný 0,3 M kyselinou mravenčí), naložení vzorku, vícefázové oplachy, krátké vysušení pod vakuem, eluaci 1 % methanolického amoniaku a následné čištění eluátu přidáním octové kyseliny a aktivního uhlí (volné částice), centrifugaci a filtraci před analýzou. Do čistých zkumavek bylo přidáno NIS před LC/MS/MS měřením.
• Časová náročnost: méně než 70 minut pro sadu 6–12 vzorků; není nutný konečný koncentrační krok.

Instrumentace

• Semi‑automatizovaný SPE systém: FMS EZPFC se vzdálenou vakuovou pumpou.
• LC: Agilent 1290 Infinity II s úpravou pro PFAS (InfinityLab PFAS Analysis HPLC Conversion kit).
• MS: Agilent 6475 triple quadrupole LC/MS, režim ESI v negativním ionizačním módu, dynamický MRM.
• Kolona: Agilent ZORBAX Eclipse Plus C18, 3.0 × 50 mm, 1.8 µm; teplota 40 °C, injekční objem 5 µL.
• Mobilní fáze: A = 5 mM acetátamonný v 95:5 voda:ACN; B = ACN; gradient přizpůsoben pro separaci 40 PFAS.
• Další spotřební materiál: ultrapure voda, methanol farmaceutické/pesticidní kvality, amoniak, kyselina mravenčí, nylonové filtry, volné aktivní uhlí; Agilent Bond Elut PFAS WAX (část. č. 5610-2150).

Hlavní výsledky a diskuse

• Spike recoveries: Čtyři replikáty syntetické odpadní vody (spike 1–38 ng/L) vykázaly pro všech 40 natívních cílových PFAS recoveries v mezích akceptovaných EPA Method 1633 (tabulkové limity), s RSD typicky pod 10 %.
• EIS (extrahované interní standardy): Pro 24 EIS byly recovery v rámci povolených rozsahů metody 1633, potvrzující správnost a stabilitu kvantifikačního postupu.
• MDL: Stanoveny podle 40 CFR Part 136 (7 replikátů); výsledné MDL hodnoty ukázaly sub‑ng/L senzitivitu pro většinu analy­tů. Pozorované MDL se pohybovaly přibližně v rozmezí ~0.07 ng/L až ~3.8 ng/L, přičemž většina sloučenin měla MDL pod 0.5 ng/L. Některé fluorované kyselé/neutrální látky a delší řetězce vykázaly vyšší MDL hodnoty.
• Procesní blanky: Analýza reagent water blanků ukázala rezidua PFAS výrazně pod MDL, což indikuje velmi nízké pozadí a malou kontaminaci z použitého vybavení a spotřebního materiálu.
• Reálné vzorky (studniční, říční, pitná voda): Triplikáty vykázaly dobrou reprodukovatelnost. Detekce typických environmentálních PFAS (např. PFBA, PFHxA, PFOA, PFOS) na úrovni jednotek ng/L; hodnoty se lišily podle matrice s nejvyššími koncentracemi obvykle ve studniční vodě. Během extrakce nebylo pozorováno ucpávání kartuší díky integrované nerez/syntetické filtraci.

Přínosy a praktické využití metody

• Workflow nabízí vysokou propustnost (6–12 vzorků za méně než 70 minut) bez potřeby časově náročného koncentračního kroku, což zrychluje laboratorní provoz při zachování kvality výsledků.
• Minimalizace kontaminace: jednoduchá konstrukce systému, snadná čistitelnost a použití PFAS‑specifických WAX kartuší snižují riziko systémového pozadí, což je klíčové pro stanovení trace úrovní.
• Robustnost vůči matricím: integrovaná filtrace brání ucpávání i při vysokém obsahu nerozpuštěných částic, což zvyšuje univerzálnost metody pro povrchové a odpadní vody.
• Nákladová efektivita: semi‑automatizace snižuje pracovní zátěž a potenciál pro chyby při manuální přípravě, aniž by bylo nutné drahé plně automatizované stanice.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další automatizace a integrace online filtrací a čištění eluátů může dále zkrátit čas přípravy a snížit manipulační kroky.
• Rozšíření panelu analy­tů a validace pro pevné matrice (sedimenty, biota, biosolids) podle EPA 1633 poskytne komplexnější monitorovací schopnosti.
• Další snižování MDL pomocí optimizace čistících kroků a citlivějších MS metod umožní spolehlivější sledování nízkokoncentrovaných PFAS v pitných vodách a ekotoxikologických studiích.
• Standardizace pracovních postupů napříč laboratořemi (interlaboratorní studie) a širší adopce metoda 1633A podpoří regulatorní monitoring a srovnatelnost dat.

Závěr

Semi‑automatizovaný EZPFC SPE workflow v kombinaci s Agilent LC–MS/MS prokázal vhodnost pro implementaci EPA Method 1633A v analýze 40 PFAS v různých vodních matricích. Metoda dosahuje požadované přesnosti a přesnosti (recoveries v akceptovaných mezích, RSD < 10 %), MDL v sub‑ng/L rozsahu pro většinu analy­tů, nízkého procesního pozadí a vysoké odolnosti vůči ucpávání kartuší. Výsledný postup je praktický pro rutinní monitoring PFAS v environmentálních laboratořích s dobrým poměrem nákladů a výkonu.

Reference

1. U.S. Environmental Protection Agency. Method 1633A: Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC-MS/MS; EPA 820-R-24-007; Office of Water, Engineering and Analysis Division, Washington, DC, December 2024.
2. U.S. Environmental Protection Agency. Definition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit—Revision 2; Appendix B to Part 136, Title 40 Code of Federal Regulations; U.S. Government Printing Office, Washington, DC, 2025.