Anatomie der PFAS LC-Säulen: Welche Phase, welche Dimensionen und welcher Partikeltyp sind am besten?
Wenn Sie in einem der vielen Labore arbeiten, die routinemäßig Proben auf Per- und Polyfluoralkylsubstanzen (PFAS) testen, wissen Sie, dass diese Verbindungen in letzter Zeit zunehmend ins öffentliche Bewusstsein gerückt sind, da wir immer mehr über die Verbreitung, die Persistenz und die potenziellen Gesundheitsrisiken dieser „ewigen Chemikalien“ lernen. Mit zunehmendem Interesse steigt auch der Bedarf an schnellen und präzisen Nachweisen. Diese Nachfrage treibt die Entwicklung besserer Methoden voran, und das beginnt mit der Wahl einer geeigneten LC-Säule. Dies ist besonders wichtig, da die Liste der zu überwachenden PFAS zunehmend Verbindungen mit immer kürzeren Alkylketten umfasst. Hier zeigen wir Ihnen die Parameter, die bei der Auswahl einer LC-Säule für die PFAS-Analyse wichtig sind.
Auswahl der stationären Phase und der Säulendimension
Der erste Schritt bei der Auswahl der geeigneten PFAS LC-Säule ist, eine effektive stationäre Phase zu finden. Dazu müssen Sie wissen, welches Spektrum von PFAS Sie untersuchen möchten.
Kurzkettige und längerkettige PFAS
Für kurzkettige PFAS (C4-C6) und längerkettige PFAS haben unsere Untersuchungen an unterschiedlichen Phasen gezeigt, dass die C18-Phase die beste Wahl ist. Je länger die Alkylkette der PFAS-Moleküle, desto stärker sind die Wechselwirkungen zwischen diesen Ketten und dem C18-Liganden, was zu einer guten Retention und Auflösung führt. Die Retention ist so stark, dass eine kurze und schmale Säule verwendet werden kann, um die Analyten schnell und effektiv zu trennen. Das Besipiel in Abbildung 1 zeigt, dass eine 50x2.1 mm Raptor C18-Säule ausreicht, um die gewünschten Verbindungen innerhalb von 8 Minuten (10 Minuten Gesamtanalysezeit) zu trennen. Hierbei werden alle Kriterien der EPA-Methode 537.1 für die Prüfung von Trinkwasser erfüllt.
Abbildung 1: Eine 50 x 2.1 mm Raptor C18-Säule ist eine ausgezeichnete Wahl für eine PFAS LC-Säule; sie erfüllt alle Kriterien der EPA-Methode 537.1 bei einer Gesamtanalysezeit von nur 10 Minuten.
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/mL) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. | Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS) | 2.06 | 10 | 298.8 | 79.9 |
| 2. | Perfluoro-n-[1,2-13C2]hexanoic acid (13C2-PFHxA) | 3.03 | 5 | 314.9 | 270.0 |
| 3. | Perfluorohexanoic acid (PFHxA) | 3.04 | 5 | 312.9 | 268.7 |
| 4. | Tetrafluoro-2-heptafluoropropoxy-13C3-propanoic acid (13C3-HFPO-DA) | 3.36 | 5 | 286.8 | 168.7 |
| 5. | Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA) | 3.38 | 5 | 285.0 | 168.9 |
| 6. | Perfluoroheptanoic acid (PFHpA) | 4.09 | 5 | 362.8 | 318.8 |
| 7. | Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS) | 4.22 | 10 | 398.8 | 79.9 |
| 8. | 4,8-Dioxa-3H-perfluorononanoic acid (ADONA) | 4.24 | 5 | 376.9 | 250.7 |
| 9. | Perfluoro-[1,2-13C2]octanoic acid (13C2-PFOA) | 4.88 | 5 | 415.0 | 370.0 |
| 10. | Perfluorooctanoic acid (PFOA) | 4.90 | 5 | 413.1 | 368.9 |
| 11. | Perfluorononanoic acid (PFNA) | 5.54 | 5 | 462.9 | 418.9 |
| 12. | Perfluoro-1-[1,2,3,4-13C4]octanesulfonic acid (13C4-PFOS) | 5.57 | 10 | 503.0 | 80.0 |
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/mL) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 13. | Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) | 5.58 | 10 | 498.9 | 80.0 |
| 14. | 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanone-1-sulfonic acid (9Cl-PF3ONS) | 5.88 | 5 | 530.8 | 350.7 |
| 15. | Perfluoro-n-[1,2-13C2]decanoic acid (13C2-PFDA) | 6.08 | 5 | 514.9 | 469.9 |
| 16. | Perfluorodecanoic acid (PFDA) | 6.08 | 5 | 512.9 | 469.0 |
| 17. | N-deuteriomethylperfluoro-1-octanesulfonamidoacetic acid (d3-NMeFOSAA) | 6.28 | 10 | 572.9 | 418.8 |
| 18. | N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NMeFOSAA) | 6.30 | 10 | 569.8 | 418.8 |
| 19. | N-deuterioethylperfluoro-1-octanesulfonamidoacetic acid (d5-NEtFOSAA) | 6.51 | 10 | 588.9 | 418.8 |
| 20. | N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NEtFOSAA) | 6.52 | 10 | 583.8 | 418.8 |
| 21. | Perfluoroundecanoic acid (PFUnA) | 6.55 | 5 | 562.9 | 518.8 |
| 22. | 11-chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid (11Cl-PF3OUdS) | 6.77 | 5 | 630.7 | 451.0 |
| 23. | Perfluorododecanoic acid (PFDoA) | 6.95 | 5 | 612.7 | 568.9 |
| 24. | Perfluorotridecanoic acid (PFTrDA) | 7.30 | 5 | 662.7 | 618.8 |
| 25. | Perfluorotetradecanoic acid (PFTA) | 7.60 | 5 | 712.7 | 668.7 |
| Column | Raptor C18 (cat.# 9304A52) | ||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dimensions: | 50 mm x 2.1 mm ID | ||||||||||||||||||||
| Particle Size: | 2.7 µm | ||||||||||||||||||||
| Pore Size: | 90 Å | ||||||||||||||||||||
| Temp.: | 40 °C | ||||||||||||||||||||
| Standard/Sample | |||||||||||||||||||||
| Diluent: | 96:4 Methanol:water | ||||||||||||||||||||
| Conc.: | 5-10 ng/mL | ||||||||||||||||||||
| Inj. Vol.: | 2 µL | ||||||||||||||||||||
| Mobile Phase | |||||||||||||||||||||
| A: | Water, 5 mM ammonium acetate | ||||||||||||||||||||
| B: | Methanol | ||||||||||||||||||||
|
| Detector | MS/MS |
|---|---|
| Ion Mode: | ESI- |
| Mode: | MRM |
| Instrument | HPLC |
Ultra-kurzkettige PFAS
Als C8-PFAS verboten wurden, wurden andere Verbindungen mit kürzeren Alkylketten kommerziell eingeführt. Dadurch wächst zum einen die Liste der zu analysierenden PFAS, zum anderen erhalten Verbindungen mit kürzeren Ketten, die sogenannten „ultra-kurzkettigen“ Verbindungen (C2 und C3), mehr Aufmerksamkeit. Je kürzer die Kohlenstoffkette desto größer der Einfluss der polaren funktionellen Gruppe. Die Komponenten werden auf einer C18-Säule immer schlechter retardiert, da deren Retentionsmechanismus in erster Linie auf den immer weniger werdenden hydrophoben Wechselwirkungen beruht.
Für C3-PFAS wie Perfluorpropansäure (PFPrA) und Perfluorpropansulfonsäure (PFPrS) ist eine C18-Phase immer noch brauchbar, wenn geeignete Säulendimensionen gewählt werden. In Abbildung 2 zeigt zum Beispiel eine 100 x 3.0 mm Raptor C18-Säule eine gute Performance, wobei, auch mit C3-PFAS, die Probe in nur 11 Minuten problemlos analysiert werden kann.
Abbildung 2: Die stationäre C18-Phase auf Raptor Core-Shell-Material eignet sich auch für die effektive Trennung von kurzkettigen PFAS; dazu muss jedoch die Säulendimension vergrößert werden, um eine angemessene Retention zu gewährleisten.
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/L) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. | Perfluoropropanoic acid (PFPrA) | 2.74 | 80 | 162.9 | 119.0 |
| 2. | Perfluorobutanoic acid (PFBA) | 4.69 | 80 | 212.8 | 169.0 |
| 3. | Perfluoropropanesulfonic acid (PFPrS) | 5.13 | 80 | 248.8 | 79.6 |
| 4. | Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS) | 6.14 | 80 | 298.8 | 79.9 |
| 5. | Perfluoro-n-[1,2-13C2]hexanoic acid (13C2-PFHxA) | 6.75 | 50 | 314.9 | 270.0 |
| 6. | Hexafluoropropylene oxide-dimer acid (HFPO-DA) | 6.92 | 80 | 285.0 | 168.9 |
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/L) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 7. | Ammonium 4,8-dioxa-3H-perfluorononanoate (ADONA) | 7.33 | 80 | 376.9 | 250.7 |
| 8. | Perfluorooctanoic acid (PFOA) | 7.70 | 80 | 413.1 | 368.9 |
| 9. | Perfluoro-[1,2-13C2]octanoic acid (13C2-PFOA) | 7.70 | 50 | 415.0 | 370.0 |
| 10. | Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) | 8.01 | 80 | 498.8 | 80.0 |
| 11. | Perfluoro-[1,2,3,4-13C4]octanesulfonic acid (13C4-PFOS) | 8.01 | 50 | 503.0 | 80.0 |
| 12. | 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (9Cl-PF3ONS) | 8.15 | 80 | 530.8 | 350.7 |
| 13. | 11-Chloroeicosafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (11Cl-PF3OUdS) | 8.61 | 80 | 630.7 | 451.0 |
| Column | Raptor C18 (cat.# 9304A1E) | ||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dimensions: | 100 mm x 3 mm ID | ||||||||||||||||||||||||
| Particle Size: | 2.7 µm | ||||||||||||||||||||||||
| Pore Size: | 90 Å | ||||||||||||||||||||||||
| Temp.: | 40 °C | ||||||||||||||||||||||||
| Standard/Sample | |||||||||||||||||||||||||
| Conc.: | 80 ppt | ||||||||||||||||||||||||
| Inj. Vol.: | 10 µL | ||||||||||||||||||||||||
| Mobile Phase | |||||||||||||||||||||||||
| A: | Water, 5 mM ammonium acetate | ||||||||||||||||||||||||
| B: | Methanol | ||||||||||||||||||||||||
|
| Detector | MS/MS |
|---|---|
| Ion Mode: | ESI- |
| Mode: | MRM |
| Instrument | UHPLC |
| Sample Preparation | In a polypropylene vial, 250 µL of reagent water (fortified at 80 ppt) was mixed with 250 µL of 40:60 reagent water:methanol and 5 µL of internal standard solution (5 ng/mL of 13C2-PFHxA, 13C2-PFOA, 13C4-PFOS in methanol). The vial was capped with a polyethylene cap prior to analysis. |
| Notes | A PFAS delay column (cat.# 27854) was installed between the pump mixer and the injector. |
Sollten Sie C2-PFAS (z.B. Trifluoressigsäure) auf Ihrer Liste der zu überwachenden Verbindungen haben, ist eine alternative Phase erforderlich, die eine Wechselwirkung mit der polaren funktionellen Gruppe des PFAS-Moleküls eingeht. Der Wechsel von den hauptsächlich hydrophoben Wechselwirkungen einer C18-Säule zu einer Raptor Polar X-Säule gestattet die zusätzliche Retention von ultra-kurzkettigen PFAS, da diese stationäre Phase sowohl Ionenaustausch- als auch HILIC-Trennungsmodi ermöglicht. Neben ultra-kurzkettigen PFAS kann die Raptor Polar X-Säule auch kurzkettige, traditionelle und alternative PFAS-Verbindungen in einem Lauf analysieren. Damit bietet sie die umfassendste PFAS-Methode in einer einzigen Analyse, wie in Abbildung 3 zu sehen ist.
Abbildung 3: Die Raptor Polar X-Säulen nutzen mehrere Retentionsmodi und sind die beste Wahl für die Analyse von ultrakurzkettigen, traditionellen und alternativen PFAS in einer einzigen Methode.
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/L) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1. | 11-Chloroeicosafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (11CL-PF3OUdS) | 1.25 | 400 | 630.78 | 450.80 |
| 2. | 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (9Cl-PF3ONS) | 1.34 | 400 | 530.78 | 350.85 |
| 3. | Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) | 1.38 | 400 | 498.84 | 79.97 |
| 4. | Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS) | 1.49 | 400 | 398.90 | 79.97 |
| 5. | Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS) | 1.64 | 400 | 298.97 | 79.97 |
| 6. | Perfluoropropanesulfonic acid (PFPrS) | 1.73 | 400 | 248.97 | 79.98 |
| 7. | Perfluoroethanesulfonic acid (PFEtS) | 1.86 | 400 | 198.98 | 79.92 |
| Peaks | tR (min) | Conc. (ng/L) | Precursor Ion | Product Ion | |
|---|---|---|---|---|---|
| 8. | Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA) | 2.06 | 400 | 284.97 | 168.92 |
| 9. | Perfluorooctanoic acid (PFOA) | 2.11 | 400 | 412.90 | 368.91 |
| 10. | Ammonium 4,8-dioxa-3H-perfluorononanoate (ADONA) | 2.15 | 400 | 376.90 | 250.93 |
| 11. | Perfluorohexanoic acid (PFHxA) | 2.36 | 400 | 312.97 | 268.90 |
| 12. | Perfluorobutanoic acid (PFBA) | 2.76 | 400 | 212.97 | 168.97 |
| 13. | Perfluoropropionic acid (PFPrA) | 3.06 | 400 | 163.03 | 119.01 |
| 14. | Trifluoroacetic acid (TFA) | 3.77 | 400 | 113.03 | 69.01 |
| Column | Raptor Polar X (cat.# 9311A52) | ||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Dimensions: | 50 mm x 2.1 mm ID | ||||||||||||
| Particle Size: | 2.7 µm | ||||||||||||
| Temp.: | 40 °C | ||||||||||||
| Standard/Sample | |||||||||||||
| Diluent: | 50:50 Water:methanol | ||||||||||||
| Conc.: | 400 ng/L | ||||||||||||
| Inj. Vol.: | 10 µL | ||||||||||||
| Mobile Phase | |||||||||||||
| A: | Water, 10 mM ammonium formate, 0.05% formic acid | ||||||||||||
| B: | 60:40 Acetonitrile:methanol, 0.05% formic acid | ||||||||||||
|
| Detector | MS/MS |
|---|---|
| Ion Mode: | ESI- |
| Mode: | MRM |
| Instrument | UHPLC |
Auswahl der Partikelgröße und des Partikeltyps für die Säule
Neben der Phase und den Säulendimensionen spielen auch die Partikelgröße und der Partikeltyp eine Rolle. Letztlich ist ein 2.7 μm Core-Shell Partikel, wie der in Raptor-Säulenreihe verwendete, die vielseitigste Wahl. LC-Säulen für PFAS, die mit dieser Art von Partikeln hergestellt werden, bieten eine so effiziente Chromatografie, das sie mit der von vollporösen UHPLC-Partikeln (< 2 µm) konkurrieren können. Dadurch können Labore sowohl mit UHPLC als auch mit HPLC-Anlagen schnelle und effiziente Analysen durchführen.
Die Wahl der Partikelgröße und des Partikeltyps kann sich jedoch abhängig von Ihrer Geräteausstattung unterschiedlich stark auswirken. Labore, die mit traditionellen HPLC-Instrumenten arbeiten und regelmäßig mit vollporösen 5 μm-Säulen arbeiten, sind möglicherweise überrascht von der Verbesserung, die sich mit einer Core-Shell-Säule erzielen lässt, unabhängig von der Partikelgröße. Mit Core-Shell-Säulen lässt sich auch im Druckbereich der meisten HPLC-Geräte ohne Weiteres ihre chromatografischen Performance und Peakform verbessern. Schnellere Analysen mit der gleichen Ausrüstung sind eine unschlagbare Kombination für viele Labore, die den Probendurchsatz erhöhen möchten – ohne die Investitionskosten für eine UHPLC-Anlage.
Für Labore, die bereits UHPLC-Geräte verwenden, ist die Wahl der Partikelgröße, insbesondere bei Core-Shell-Säulen weniger entscheidend im Hinblick auf die Effizienz und die Analysengeschwindigkeit. Abbildung 4 veranschaulicht die Auswirkung der Partikelgröße von Raptor Core-Shell-Säulen auf die Analyse eines PFAS-Panels auf einem UHPLC-System. Obwohl die Peaks bei der Säule mit 1.8 μm-Partikeln am schmalsten sind, in Übereinstimmung mit allgemeinen chromatografischen Prinzipien, war der Unterschied in der beobachteten Trenneffizienz bei 5 μm und 1.8 μm-Säulen nicht signifikant. Der unterschiedliche Rückdruck, der bei diesen doch sehr ähnlichen Ergebnissen erzeugt wird, ist jedoch signifikant. Die Rückdrücke für Säulen mit 5 μm und 2.7 μm-Partikeln liegen im Bereich herkömmlicher HPLC-Geräte. Bei der Nutzung dieser Core-Shell-Säulen können Sie die Performance einer UHPLC ohne UHPLC-Druck erreichen.
Abbildung 4: Bei Core-Shell-Säulen kann mit unterschiedlichen Partikelgrößen eine ähnliche chromatografische Leistung erzielt werden. Durch die Wahl von Säulen mit 2.7 oder 5 µm-Partikeln bleibt der Gegendruck jedoch innerhalb der Grenzen herkömmlicher HPLC-Systeme. (Alle Säulen haben die Abmessungen 50 mm x 2.1 mm.)
1.8 µm Raptor C18
6500–8000 psi
2.7 µm Raptor C18
4000–5500 psi
5 µm Raptor C18
2000–3500 psi
Wenn es darum geht, maximale Effizienz zu erzielen – was oft gleichbedeutend mit kurzen Analysezeiten ist – und gleichzeitig den Gegendruck des Geräts so niedrig wie möglich zu halten, ist eine Core-Shell-Säule unschlagbar. Für Labore, die seit vielen Jahren vollporöse Säulen verwenden und ihre Gewohnheiten nicht ändern wollen, haben wir eine gute Nachricht: mit vollporösen Säulen lassen sich PFAS ebenfalls erfolgreich analysieren. Die größere Oberfläche und Kohlenstoffbeladung einer vollporösen Säule, wie z. B. einer Force C18-Säule, führt zu einer höheren chromatografischen Retention im Vergleich zu einer Core-Shell Säule (Raptor C18) mit gleicher Partikelgröße (Abbildung 5).
Abbildung 5: Wenn eine vollporöse Säule bevorzugt wird, bieten Force C18-Säulen vergleichbar effektive Trennungen für PFAS, wie die Raptor Core-Shell-Säulen. (Alle Säulen haben die Abmessungen 50 mm x 2.1 mm.)
1.8 µm Raptor C18
6500–8000 psi
1.8 µm Force C18
7550–9250 psi
Schlussfolgerung
Bei der Wahl der PFAS LC-Säule bietet eine 2.7 μm Raptor Core-Shell-Säule eine hervorragende Auflösung, kurze Laufzeiten und die Kompatibilität mit UHPLC- und HPLC-Geräten. Die Wahl der stationären Phase ist abhängig vom Spektrum der zu überwachenden PFAS. Eine Raptor C18-Säule ist eine ausgezeichnete Wahl für PFAS bis hinunter zu Kettenlängen mit C3. Für die umfassendste Einzelanalyse, die das gesamte Spektrum der ultra-kurzkettigen (C2-C3), kurzkettigen (C4-C6), längerkettigen sowie alternativen PFAS einschließt, ist die Raptor Polar X-Säule die beste Wahl.
Es ist zu beachten, dass bei der PFAS-Spurenanalyse mit einer Raptor C18-Säule Blindwerte aus dem Systemuntergrund zu falsch positiven Ergebnissen oder fälschlich erhöhten Signalen führen können. Durch die Nutzung einer PFAS Delay-Säule. können diese Blindwerte, die mit den Probenanalyten koeluieren können, eliminiert werden. Um mehr über dieses Begleitprodukt und seine Verwendung zu erfahren, lesen Sie den Artikel EVAR3001-UNV unter restek.com.