Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
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Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) bilden eine sehr komplexe Schadstoffgruppe mit über 6300 Einzelsubstanzen, die in vielfältiger Form in die Umwelt eingetragen werden. Für ein effektives Monitoring dieser Schadstoffklasse benötigt es ein Zusammenspiel aus Summenparameter-Analytik zur hot-spot-Identifizierung und Klassifizierung von Belastungssituationen sowie einer nachgeschalteten target-Analytik zur Identifizierung von Eintragswegen, die zugleich ein tieferes Verständnis von Transformationsprozessen ermöglicht. In diesem Beitrag präsentieren wir eine optimierte Extraktions-Methode für die PFAS-Summenparameteranalytik. Mit Hilfe dieser können bisher verwendete zeit- und kostenintensive Festphasenextraktionen (SPE) umgangen und PFAS-Extraktionseffizienzen gesteigert werden. Die methodische Bestimmungsgrenze (LOQ) war mit 10,30 μg/kg (Fluor pro Bodenprobe) ausreichend für alle 9 untersuchten Realbodenproben.
Here, we describe an optimized fast and simple extraction method for the determination of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFASs) in soils utilizing high resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR–CS–GFMAS). To omit the bias of the solid phase extraction (SPE) step commonly used during the analysis of extractable organically bound fluorine (EOF) we optimized a fast and simple SPE-free extraction method. The developed extraction method consists of a liquid-solid extraction using acidified methanol without any additional SPE. Four extraction steps were representative to determine a high proportion of the EOF (>80% of eight extractions). Comparison of the optimized method with and without an additional SPE clean-up step revealed a drastic underestimation of EOF concentrations using SPE. Differences of up to 94% were observed which were not explainable by coextracted inorganic fluoride. Therefore, not only a more accurate but also a more economic as well as ecologic method (bypassing of unnecessary SPE) was developed. The procedural limit of quantification (LOQ) of the developed method was 10.30 μg/kg which was sufficient for quantifying EOF concentrations in all tested samples. For future PFAS monitoring and potential regulative decisions the herein presented optimized extraction method can offer a valuable contribution.
The substance class of per- and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) comprises more than 5300 organic compounds. PFAS are completely fluorinated on at least one carbon atom. They are associated with negative impacts on human and animal health, are extremely persistent in the environment, and bioaccumulate along food chains. Therefore, PFAS are classified as emerging pollutants. At the same time, their physicochemical properties make them attractive for use in diverse technical applications. They are both hydrophobic and lipophobic and show high thermal as well as chemical resistance due to the strong C-F bond.
First regulations of some PFAS in combination with the technically excellent properties generated an innovation pressure and led to an enormous increase in the number of fluorinated substitution compounds. Due to the increasing complexity of this substance class, target analysis is not able to cover such a variety and multitude of analytes.
Therefore, a suitable PFAS sum parameter method is necessary for an accurate detection of PFAS pollution in the environment, the identification of PFAS hotspots and an evaluation of appropriate remediation measures.
Here we provide insights into the current state of PFAS sum parameter development and present our latest results on method development for the quantitative analysis of PFAS as extractable organically bound fluorine (EOF) in environmental samples using high-resolution molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS). For this purpose, we optimized the extraction of PFAS from different solid matrices with simultaneous separation of inorganic fluoride. For quantification resulting extracts were measured using a fluorine specific HR-CS-GFMAS method. By adding gallium salt solutions as modifiers in HR-CS-GFMAS, fluorine can be indirectly quantified very selectively by the in situ formation of GaF with low limits of quantification (instrumental LOQ c(F) < 3 µg/L). Here we will show results from real soil samples from sites with and without known contamination.
In der Verbindungsklasse der per- und polyfluorierte alkylischen Substanzen (PFAS) werden über 5200 organische Verbindungen zusammengefasst. PFAS sind an mindestens einem Kohlenstoffatom vollständig fluoriert. Sie werden mit negativen Einflüssen auf die menschliche und tierische Gesundheit assoziiert, sind extrem persistent in der Umwelt und bioakkumulieren entlang von Nahrungsnetzen. Daher zählen PFAS zu den „emerging pollutants“. Gleichzeitig machen ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften sie für die Verwendung in diversen technischen Anwendungen attraktiv. Sie sind sowohl hydro- als auch lipophob und zeigen durch die starke C-F-Bindung hohe thermische wie chemische Beständigkeit.
Erste Regulierungen einiger PFAS in Kombination mit den technisch hervorragenden Eigenschaften erzeugt einen Innovationsdruck und führten zu einem enormen Anstieg in der Zahl der Substitutionsverbindungen. Auf Grund der steigenden Komplexität der Substanzklasse ist die Target-Analytik nicht in der Lage eine solche Vielfalt und Vielzahl an Analyten zu erfassen.
Für eine akkurate Erfassung der Belastungssituation durch PFAS, die Identifikation von PFAS-Hotspots und eine Bewertung von geeigneten Sanierungsmaßnahmen ist daher eine geeignete PFAS-Summenparameteranalytik notwendig.
Daher geben wir hier Einblicke in den aktuellen Stand der PFAS-Summenparameterentwicklung und präsentieren unsere neusten Ergebnisse zur Methodenentwicklung für die quantitative Analyse von PFAS als extrahierbares organisch gebundenes Fluor (EOF) in Umweltproben mittels hochauflösender Molekülabsorptionsspektrometrie (HR-CS-GFMAS). Hierfür optimierten wir die Extraktion von PFAS aus verschieden Feststoff-Matrizes bei zeitgleicher Abtrennung anorganischen Fluorids. Durch den Zusatz von Galliumsalz-Lösungen als modifier in der HR-CS-GFMAS kann Fluor indirekt sehr selektiv durch die in situ Bildung von GaF sehr nachweisstark (instrumentelle LOQ ~3 µg/L) quantifiziert werden.