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Optimierung ist der nächste Schritt

Im Zuge der Methodenoptimierung wurden die Wasserproben anfangs mittels klassischer SPE-WAX-Kartuschen in einer Vakuumkammer extrahiert, wobei zu beobachten war, dass die Proben mit unterschiedlicher Geschwindigkeit durch die SPE-Kartuschen fließen. Der Unterschied in der Extraktionszeit kann einen signifikanten Einfluss auf die Wiederfindung haben. Es wurde ein Unterschied von bis zu 30 Minuten bei Probenvolumen von 500 ml beobachtet.

Aufgrund der Probleme mit dem Abdampfen und mit der Fließ­geschwindigkeit wurde für diese Arbeit beschlossen, eine Aufkonzentrierung der Wasserproben ohne Kartuschen durchzuführen (sog. dispersive SPE oder d-SPE). Das optimierte Verfahren für d-SPE läuft wie folgt ab:

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• Die feste Phase (50 mg, Strata X-AW) wurde für 30 min mit der Wasserprobe gemischt.

• Dann wird die feste Phase in eine leere SPE-Kartusche mit PE-Fritte gegeben, mit Aceton gewaschen und mit 250 µl einer NH₄OH- Lösung in Ethanol und 2 ml gesättigter NaCl-Lösung eluiert.

• Danach wurde das Derivatisierungsverfahren (vgl. Abb. 1) in dem erhaltenen angesäuerten Extrakt durchgeführt.

Zwei SPE-Phasen (Strata X AW und Oasis WAX) wurden für diese Methode getestet. Wurde das SPE-Verfahren bei neutralem pH durchgeführt, adsorbierten die kurzkettigen PFCA (Perfluorbutansäure (PFBA), Perfluorpropansäure (PFPA)) viel besser an der Oasis-Phase als an der Strata-Phase. Kürzlich haben Janda et al. ähnliche Beobachtungen beschrieben. Sie zeigten, dass ein niedriger pH-Wert zur Protonierung der Funktionsgruppen der Sorbentien führt und die Konkurrenz­wirkungen mit Bicarbonat-Ionen verringert [5].

Die Wiederfindungsraten beider Phasen bei pH ~ 3 waren sehr ähnlich, beispielsweise 95% und 93% für PFPA. Mit der von uns entwickelten Methode waren jedoch für PFCA mit der Kettenlänge C9-C12 für beide Phasen Wiederfindungsraten von weit über 100% zu verzeichnen. Diese erhöhten Ergebnisse wurden nicht durch Kontamination der Blindproben verursacht, da die Signale in Blindproben zu niedrig waren, um einen signifikanten Einfluss auf das Ergebnis zu haben. Es liegt daher die Vermutung nahe, dass Komponenten aus dem SPE-Verfahren die Reaktionsbedingungen für die Derivatisierung verändert haben und die hohen Wiederfindungsraten ausgelöst haben. Aus diesem Grund wurde entschieden, trotz geringerer Wiederfindungsraten, in dieser Methode erhöhte pH-Werte festzulegen.

Bei pH ~ 4,5 konnten folgende Wiederfindungsraten gefunden werden:

• 62% für PFPA,

• 79% für PFOA und

• 67% für PFDA.

Da für jede weitere quantitative Analyse die Standards zusammen mit den Proben extrahiert und gemessen wurden, ist es nicht unbedingt nötig, eine 100%ige Wiederfindungsrate zu erzielen. Aufgrund der Tatsache, dass bei beiden Phasen kein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Wiederfindungsraten festgestellt wurde, wurde in den weiteren Analysen die Strata-Phase verwendet.

Da in weiteren Forschungsschritten ein Vergleich mit gängiger LC-MS-Analyse erfolgte, war klar, dass die Probe filtriert werden musste. Somit stand der Test des Einflusses der Filtration auf die PFCA-Wiederfindungsraten ganz oben auf der Prioritätenliste.

Filtration nicht immer im Vorteil

Zu diesem Zweck wurden die Proben (250 ml, Ablauf aus der Kläranlage) durch dieselben Filter wie bei der gängigen LC-MS-Methode (DIN 38407-42) filtriert. Die Proben wurden nach der Filtration (und zuvor beschriebenen Derivatisierung) mittels GC-MS analysiert und mit nicht gefilterten Proben verglichen. Nahezu für alle PFCA lagen die Unterschiede zwischen der nachgewiesenen Konzentration in gefilterten und nicht gefilterten Proben unter 25%. Weitere Versuche haben jedoch gezeigt, dass bei manchen Proben die Filtration zur Verstopfung des Filters geführt hat. Die Anwendung eines zweiten Filters verursacht noch höhere Unterschiede; die Peakflächen für Perfluorbutansäure (PFBA), Perfluorpentansäure (PFPA) und Per­fluorhexansäure (PFHxA) lagen über 40%.

Die Empfehlung lautet daher, dass die Filtration der Proben vor der Analyse der Umweltproben mit feinen Partikeln sorgfältig bewertet werden sollte. Bei der hier vorgestellten TES-Methode ist keine Fil­tration nötig. Wenn jedoch Proben mit hohem Partikelanteil analysiert werden sollen, könnte die Zentrifugation eine Alternative zur Filtration sein.

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