Screening of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in textiles: Utilizing a new combustion-ion chromatography system for total organic fluorine (TOF) analysis

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou široce používané v textilním průmyslu kvůli hydrofobním a olejofobním vlastnostem. Regulace jejich obsahu v materiálech se zpřísňuje (např. Kalifornský zákon AB 1817 s limity TOF 100 ppm od 2025 a 50 ppm od 2027, plánované zákazy v Evropě). Spolehlivá a kvantitativní metoda pro stanovení celkového organického fluoru (TOF) v textiliích je proto klíčová pro výrobce, regulační orgány a zajištění shody s legislativou.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem tohoto aplikačního proof note bylo ověřit schopnost nové kombinované soustavy pro spalování a iontovou chromatografii (Cindion C-IC s Dionex Inuvion IC a Chromeleon CDS) kvantifikovat TOF v textiliích. Studie porovnává výsledky nového systému s dříve použitém Nittoseiko C-IC systémem a hodnotí přesnost, reprodukovatelnost a provozní výhody nové platformy při měření TF (total fluorine), TIF (total inorganic fluorine) a následném výpočtu TOF (TOF = TF − TIF).

Použitá metodika a instrumentace

Metoda kombinuje kompletní spalovací odbourání vzorku s následnou absorpcí produktů do vody a analýzou fluoridů iontovou chromatografií. TF se stanovuje spalováním celého vzorku; TIF se získává vodným extraktem a přímým injektováním do IC. TOF se vypočítá jako rozdíl TF a TIF.

Využitá instrumentace a provozní parametry:

• IC: Thermo Scientific Dionex Inuvion IC s AS-AP autosamplerem.
• Spalování/absorpce: Thermo Scientific Cindion Combustion/Absorption Module (C-IC).
• Kolony: Dionex IonPac AS24 analytická (2 × 250 mm) a AG24 guard (2 × 50 mm).
• Eluent: gradient KOH (8 mM → 75 mM) generovaný z EGC 500 KOH cartridge s CR-ATC 600 anion trap.
• Průtok: 0,3 mL/min; injekce 25 µL; teplota kolony 30 °C; detekce: potlačená vodivost (ADRS 600 suppressor, 2 mm, recyklační režim, 56 mA).
• Furnace: dva topné zóny po 1050 °C; Z‑fold spalovací trubice pro lepší distribuci kyslíku a kratší dobu spalování.
• Plyny: O2 primární 300 mL/min, O2 turbo 100 mL/min, Ar nosný 100 mL/min.
• Absorpční roztok: 7 mL demineralizované vody; specifický program pro posun „boat“ pozic a rychlost pro optimalizaci spalování.

Metodické poznámky: TF měřeno spalováním; TIF vodným extraktem. Důraz na kontrolu hmotnosti vzorku — nadměrné množství může snížit účinnost spalování a zkreslit výsledky.

Hlavní výsledky a diskuse

Testováno bylo šest vzorků textilií (např. polyesterový bryndáček, polyuretanová laminace pro látkové plenky, polyesterový ubrus, ripstop nylon pro stan/klad, plátno pro potahy). Kvalita výstupů byla sledována třemi replikáty (n=3) s RSD < 8 %.

Klíčové nálezy:

• Naměřené TF hodnoty u většiny kontaminovaných vzorků ležely v řádu stovek ppm (příklady: ~375 ppm u polyesterového bryndáčku, ~247 ppm u impregnovaného ubrusu), zatímco některé materiály měly velmi nízké TF (přibližně 1,1 ppm u ripstop nylonu).
• TIF (inorganický fluor) byl ve všech případech zanedbatelný (řádově desítek až setin ppm), takže TOF dominoval prakticky identickými hodnotami jako TF.
• Porovnání s Nittoseiko C-IC ukázalo velmi dobrou shodu: TOF naměřené na Cindion C-IC odpovídaly 100–105 % hodnot získaných na srovnávacím přístroji, což potvrzuje přesnost a přenositelnost metody mezi platformami.
• Metoda C‑IC poskytuje kompletní analýzu celého vzorku na rozdíl od povrchově orientovaných technik (např. PIGE), čímž eliminuje vliv tloušťky vzorku a distribuce povrchových úprav.

Praktické omezení: přetížení spalovací komory může degradovat výsledky; doporučuje se postupné snižování hmotnosti vzorku při nepřiměřeně velkých signálech.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nabízí následující výhody:

• Kvantitativní stanovení TOF integrovaného přes celý vzorek, relevantní pro posuzování reálného obsahu PFAS v textiliích.
• Vysoká citlivost a reprodukovatelnost (RSD < 8 %), vhodné pro rutinní kontrolu kvality a certifikaci výrobků vůči regulačním limitům.
• Integrované řešení 2‑in‑1 (spalování + samostatná IC) umožňuje flexibilní workflow a šetří čas i vzorky ve srovnání s externími systémy vyžadujícími časté manuální zásahy.
• Snížený prostor na lavici díky optimalizovanému designu spalovací trubice a kratší době spalování; centrální řízení systémem Chromeleon CDS zjednodušuje správu dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a aplikace:

• Další rozšíření legislativních limitů PFAS v textilním a spotřebním průmyslu povede k širšímu uplatnění kvantitativních metod TOF v interních i externích laboratořích pro ověřování shody.
• Integrace automatizace vzorkování a menších absorpčních systémů pro vyšší propustnost analýz v kontrolních laboratořích.
• Rozvoj přístrojových řešení směřujících k nižší spotřebě činidel a nižším nákladům na analýzu; vývoj validovaných metodik pro různé matice (textilie, potravinářské obaly, kosmetika) pro jednotné posuzování organického fluoru.
• Kombinace C‑IC s cílenými LC‑MS metodami pro specifikaci konkrétních PFAS látek tam, kde je to potřeba (screening TOF následovaný cílenou identifikací).

Závěr

Nový Cindion C‑IC systém prokázal spolehlivou a reprodukovatelnou schopnost měřit TF, TIF a z nich odvozený TOF v různých typech textilií. Výsledky jsou v dobré shodě se srovnávacím Nittoseiko systémem a metoda nabízí praktickou, prostorově úspornou a workflow‑přátelskou platformu vhodnou pro splnění rostoucích regulačních požadavků na PFAS v textilu. Kontrola hmotnosti vzorku a optimalizace procesu spalování zůstávají klíčovými aspekty pro bezchybnou kvantifikaci.

Reference

1. Hu J., Rumachik N. (2025) Application Note AN003571: Comprehensive screening of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) in textiles; Utilizing combustion-ion chromatography for total organic fluorine (TOF) analysis. Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA.
2. Hu J., Rumachik N. (2025) Technical Note TN003853: Configuring the Thermo Scientific Cindion C-IC system for a 2-in-1 operation: Seamless switching between combustion-IC and standalone-IC with an AS-AP autosampler. Thermo Fisher Scientific, Sunnyvale, CA, USA.