Ionski kromatograf za analizo PFAS spojin s predhodnim sežigom vzorca
11. marec 2025
ionska kromatografija
Per-in polifluoroalkilne snovi (PFAS) so prisotne skoraj povsod in so izjemno obstojne. Zaradi njihovega velikega števila, skoraj 10.000 umetnih organofluorovih spojin, je ciljna analiza skoraj nemogoča. Te spojine, tako imenovane "večne kemikalije" so zelo obstojne, nekatere izmed njih se tudi kopičijo v okolju. Zaradi tega jih je vse več razglašenih za nevarne, saj predstavljajo tveganje za zdravje ljudi ter okolja. S tem se je pojavila potreba po hitri analizi v okoljskih vzorcih.
Ionska kromatografija s predhodnim sežigom vzorca ("Combustion Ion Chromatography" - CIC) je inovativna rešitev za hitro in enostavno "screening" analizo okoljskih vzorcev. V nasprotju z drugimi tehnikami lahko s CIC določimo vsebnost posameznega halogena, npr. AOF, na podlagi katerega določimo vsebnost PFAS. Z meritvijo adsorbiranega fluora (AOF) in/ali ekstrahiranega organofluora (EOF) dobimo natančno sliko o splošni stopnji kontaminacije s per- in polifluoroalkilnimi snovmi (PFAS). CIC je popolnoma avtomatizirana tehnika in je primerna za vse laboratorije, ki spremljajo nivo kontaminacij s PFAS snovmi.
V nadaljevanju si bomo pogledali, kako ionski kromatograf omogoči hitro in enostavno analizo PFAS snovi.
Kaj so PFAS snovi?
PFAS (per- in polifluoroalkilne snovi) so skupina več tisočih umetnih kemikalij, ki se uporabljajo že vrsto let v različne namene. So zelo obstojne, zato jih imenujemo "večne kemikalije", saj se zaradi vezi ogljik-fluor zelo počasi razgrajujejo v okolju. Zaradi svojih izjemnih lastnosti, kot so vodoodbojnost, odpornost proti olju in umazaniji, visoke termične in kemijske stabilnosti, jih srečujemo na vsakem koraku in se jim je skoraj nemogoče izogniti.
PFAS se uporabljajo v številnih industrijskih procesih ter potrošniških izdelkih. Najdemo jih v kuhinjskih pripomočkih, vodoodpornih oblačilih, embalaži za hitro hrano, elektroniki in celo v kozmetiki ter izdelkih za osebno nego. Raziskave so pokazale, da je izpostavljenost kemikalijam PFAS povezana s številnimi neželenimi učinki na zdravje (tveganje za nastanek raka, neplodnost) ter okolje. Nizke koncentracije (pod 1 ppb) se nahajajo v pitnih in površinskih vodah ter drugih okoljskih vzorcih, človeških vzorcih, hrani ter pijači. Višje koncentracije pa se pojavljajo na primer v polimernih dodatkih, gasilnih penah, voskih za smuči itd.
Slika 1: Življenjski cikel PFAS spojin in kako se absorbirajo v naše telo
Ionska kromatografija s predhodnim sežigom vzorca (CIC)
Za izvajanje analiz PFAS potrebujemo ionski kromatograf, sistem za avtomatsko pripravo vzorcev, visokotemperaturno peč, ki se lahko segreje nad 1000 °C in absorpcijsko enoto.
Celoten proces zgorevanja, ki se uporablja za analizo prisotnosti določenih snovi, kot so organski halogeni (AOX), halogeni elementi ter žveplo v različnih matricah, je sedaj popolnoma avtomatiziran s pomočjo visokotemperaturnih peči. Vzorec zatehtamo na ladjico, ki se nato avtomatsko vstavi v visokotemperaturno peč kjer ob prisotnosti kisika poteka sežig. Nastali plini se absorbirajo v tekočino, ki jo nato vodimo v ionski kromatograf, kjer določimo vsebnost analitov. Celoten postopek je avtomatiziran, kar pomeni, da zmanjšuje možnost napak in zagotavlja zanesljive ter ponovljive meritve.
Slika 2: Postopek ionske kromatografije s predhodnim sežigom vzorca
V preteklosti so za določanje AOX in žvepla uporabljali klasične metode, na primer kulometrično titracijo ali potenciometrično titracijo v kombinaciji z iono-selektivno elektrodo. Te elektrode zaznajo specifične ione v raztopini in omogočajo določitev njihove koncentracije. Sodobni laboratoriji sedaj za tovrstne analize uporabljajo revolucionarno rešitev in sicer ionski kromatograf v kombinaciji z visokotemperaturno pečjo. Metoda nam v primerjavi s titracijami omogoča podrobnejšo ter bolj natančno analizo, saj lahko določimo vsak halogen (fluor, klor, brom, jod) in žveplo posebej.
Oglejte si spodnji videoposnetek, kjer je prikazano, kako izvedemo analizo AOF in AOX s pomočjo ionske kromatografije s predhodnim sežigom vzorca (CIC) po standardu DIN 38409-59.
Celoten postopek priprave vzorca in uporabe CIC tehnike je že vključen v novem standardu DIN 38409-59. Poleg določitve AOX je v tem standardu opisano tudi, kako CIC uporabimo za določanje posameznih organsko vezanih halogenov. Zavedati se moramo, da AOX vrednost, ki jo dobimo s postopkom, opisanim v tem standardu ni enaka vrednosti AOX, ki jo dobimo z uporabo kulometrične titracije. Morda bo nekoč tehnika CIC nadomestila dosedanje uveljavljene titracijske metode.
Kako poteka analiza PFAS v ionskem kromatografu?
Ko je proces zgorevanja zaključen, se del absorpcijske raztopine s pomočjo avtomatskega dozirnega sistema prenese v ionski kromatograf. Raztopina se najprej zadrži na predkoncentracijski koloni, z ultračisto vodo se sperejo morebitne moteče snovi, nato pa eluent s pomočjo črpalke spere analite iz predkoncentracijske kolone v separacijsko kolono, kjer poteka ločba. Po prehodu skozi separacijsko kolono, eluent ter analiti nadaljujejo pot skozi kemijski in CO2 supresor, kjer se izboljša občutljivost analize. Kemijski + CO2 supresor nam omogoča natančnejšo detekcijo tudi pri zelo nizkih koncentracijah. Na koncu analiti dosežejo detektor, ki meri električno prevodnost raztopine in na podlagi tega natančno določi njihovo prisotnost ter koncentracijo. Za prikaz rezultatov moramo ionski kromatograf povezati z ustrezno programsko opremo npr. (MagIC Net). Rezultati se nato prikažejo v obliki kromatograma, kjer se vsak analit prikaže kot specifičen vrh, na podlagi katerega lahko ugotovimo, katere snovi so bile prisotne v vzorcu ter v kakšni količini.
Slika 3: Prikaz procesa analize na Metrohm 930 ionskem kromatografu
Metrohm-ove rešitve za CIC tehniko
Metrohm za analizo PFAS spojin ponuja različne postavitve sistemov. Leta 2012 so vpeljali novo rešitev imenovano »Metrohm Combustion Ion Chromatography«, kjer so ionski kromatograf uspešno povezali z visokotemperaturno pečjo. Ta sistem je ponujal rešitev enega dobavitelja, enotno programsko opremo ter podporo celotnega sistema.
Slika 4: Metrohm CIC sistem, ki vsebuje visokotemperaturno peč opremljeno s sistemom za avtomatsko pripravo vzorcev, absorpcijsko enoto in ionski kromatograf
Uporabne povezave:
Literatura: