Analytische Chemie
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Per- and polyfluorinated alkyl substances (PFASs) are a group of several thousand individual compounds. Many PFASs are extremely persistent, bioaccumulative and toxic. The analysis of PFASs is challenging because of their various chemical and physical properties as well as the high number of compounds. Target-based approaches (e.g., LC-MS/MS) are limited to the availability of analytical grade standards and are not suitable for the analysis of new/unknown PFASs and transformation products. Therefore, PFAS sum parameter methods become increasingly important to indicate realistic PFAS pollution levels.
PFAS sum parameters display the proportion of organically bound fluorine that can either be extracted (EOF) or adsorbed to activated carbon (AOF). For the instrumental analysis of such sum parameters, a fluorine selective detector is needed. High resolution-continuum source-graphite furnace molecular absorption spectrometry (HR-CS-GFMAS) is a sensitive and highly selective tool for fluorine determination. The method is based on the in situ formation of diatomic gallium-mono fluoride (GaF) in a graphite furnace at a temperature of 1550°C. The molecular absorption of GaF can be detected at its most sensitive wavelength at 211.248 nm providing limits of quantification of c(F) 2.7 µg/L.
In the present work a HR-CS-GFMAS method for EOF analysis was utilized for suspended particulate matter (SPM) analysis in German rivers in time lines from 2005–2020. Therefore, time and spatial resolved trends were investigated. In addition, SPM samples were analyzed for the Σ41PFAS using target analysis based on UHPLC-HRMS. Overall, target analysis drastically underestimated the total PFAS burden in SPM of German rivers compared to the EOF HR-CS-GFMAS analysis. Using a fluorine mass balance approach, only 0.2% to 38.6% of the EOF was explainable using the Σ41PFAS determined with target analysis. Our study highlights the need to integrate PFAS sum parameters (e.g., EOF with HR-CS-GFMAS) in PFAS risk assessment strategies.
Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) sind eine Substanzklasse bestehend aus mehreren tausenden Einzelverbindungen. Unter PFAS zählen alle Verbindungen, die mindestens eine perfluorierte Methyl- (-CF3) oder Methylen-Gruppe (-CF2-) besitzen. Somit zählt auch ein großer Teil der fluorierten Medikamente, Pflanzenschutzmittel oder Biozide in die PFAS-Substanzklasse. Aufgrund der Persistenz, Bioakkumulation in Nahrungsketten, Toxizität und der ubiquitären Verbreitung von PFAS zählen sie zu den „emerging pollutants“. Die PFAS-Analytik ist wegen ihrer vielfältigen physikalisch-chemischen Eigenschaften und der sehr hohen Anzahl an PFAS eine große Herausforderung. Da es für viele Anwendungen noch ungewiss ist, welche PFAS verwendet werden, wie sie in die Umwelt gelangen und welche Transformations- bzw. Abbauprodukte entstehen, stoßen analytische Ansätze, die nur auf Einzelsubstanzen abzielen, hier an ihre Grenzen. PFAS-Summenparameter-Methoden, die darauf abzielen ein möglichst vollständiges Abbild der PFAS-Belastungssituation widerzuspiegeln, werden daher immer wichtiger.
Per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) sind eine Substanzklasse bestehend aus mehreren tausenden Einzelverbindungen. Unter PFAS zählen alle Verbindungen, die mindestens eine perfluorierte Methyl- (-CF3) oder Methylen-Gruppe (-CF2-) besitzen.[1] Somit zählt auch ein großer Teil der fluorierten Medikamente, Pflanzenschutzmittel oder Biozide in die PFAS-Substanzklasse. Aufgrund der Persistenz, Bioakkumulation in Nahrungsketten, Toxizität und der ubiquitären Verbreitung von PFAS zählen sie zu den „emerging pollutants“.[2] Die PFAS-Analytik ist wegen ihrer vielfältigen physikalisch-chemischen Eigenschaften und der sehr hohen Anzahl an PFAS eine große Herausforderung. Da es für viele Anwendungen noch ungewiss ist, welche PFAS verwendet werden, wie sie in die Umwelt gelangen und welche Transformations- bzw. Abbauprodukte entstehen, stoßen analytische Ansätze, die nur auf Einzelsubstanzen abzielen, hier an ihre Grenzen. PFAS-Summenparameter-Methoden, die darauf abzielen ein möglichst vollständiges Abbild der PFAS-Belastungssituation widerzuspiegeln, werden daher immer wichtiger.
In this study, we compare analytical methods for PFAS determination–target analysis, non-target screening (NTS), direct total oxidizable precursor assay (dTOPA) and extractable organically bound fluorine (EOF). Therefore, suspended particulate matter (SPM) samples from German rivers at different locations in time series from2005 to 2020 were analyzed to investigate temporal and spatially resolved trends. In this study 3 PFAS mass balances approaches were utilized: (i) PFAA target vs. PFAS dTOPA, (ii) PFAS target vs. EOF and (iii) PFAS target vs. PFAS dTOPA vs. organofluorines NTS vs. EOF. Mass balance approach (i) revealed high proportions of precursor substances in SPM samples. For the time resolved analysis an increase from 94% (2005) to 97% in 2019 was observable. Also for the spatial resolved analysis precursor proportions were high with >84% at all sampling sites. Mass balance approach (ii) showed that the unidentified EOF (uEOF) fraction increased over time from82% (2005) to 99% (2019). Furthermore, along the river courses the uEOF increased. In the combined mass balance approach (iii) using 4 different analytical approaches EOF fractions were further unraveled. The EOF pattern was fully explainable at the sampling sites at Saar and Elbe rivers. For the time resolved analysis, an increased proportion of the EOF was now explainable. However, still 27% of the EOF for the time resolved analysis and 25% of the EOF for the spatial resolved analysis remained unknown. Therefore, in a complementary approach, both the EOF and dTOPA reveal unknown gaps in the PFAS mass balance and are valuable contributions to PFAS risk assessment. Further research is needed to identify organofluorines summarized in the EOF parameter.