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PFAS分析法の革新:超短鎖~長鎖PFASを一斉分析

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要約

PFAS(ペルおよびポリフルオロアルキル化合物)は環境や人体に悪影響を与える可能性があり、その検出と定量が重要視されています。特に飲料水や環境水(非飲料水)中PFASの測定は公共の健康を守るために必須です。そこでRestekでは、飲料水や環境水に含まれる45種類のPFAS化合物の高精度な分析を実現するための、シンプルで信頼性の高いワークフローを確立しました。ターゲットとした化合物には、C2~C14パーフルオロアルキルカルボン酸(PFCA)、C1~C13パーフルオロアルキルスルホン酸(PFSA)、フッ素テロマーカルボン酸、スルホン酸、パーフルオロオクタンスルホンアミド、スルホンアミド酢酸、パーおよびポリフルオロエーテルカルボン酸、スルホン酸が含まれます。Restekが開発したこの新しいメソッドは、直線性、精度、再現性、およびさまざまな種類の水に対する適合性が非常に高いので、超短鎖~長鎖PFASの分析が可能です。このメソッドにより、従来の逆相液体クロマトグラフィー(RPLC)が抱えていた課題は克服されました。

はじめに

超短鎖PFASは、炭素鎖長がC4未満の、分子サイズが小さく高極性な化合物です(Figure 1)。超短鎖PFASは、環境水系に広く存在し、高濃度なため、従来問題視されてきた長鎖PFAS汚染に匹敵する深刻な懸念を引き起こしています。したがって、広範囲なPFAS汚染の包括的な評価には、水サンプル中の超短鎖PFASと長鎖PFASの同時分析が不可欠です。C1~C14 PFASを同時に分析できる技術があれば、環境への広がり方や、潜在的な人体への曝露リスクをより正確に理解することが可能となります。また、そのような技術はPFAS汚染の包括的な評価を行う上で重要なツールとなります。効果的な規制の策定や、PFAS除去技術の開発に向けた具体的な方策の検討も可能にします。

水中の短鎖PFAS(C4以上)分析には、逆相液体クロマトグラフィー(RPLC)やC18カラムを使用したメソッドが一般的ですが、このメソッドでの超短鎖PFASを含んだ分析には大きな課題があります。極性の高い超短鎖PFAS(例えばTFA)を十分に保持することができないという点です。これが一斉分析メソッド開発の障壁となっていました。特に、TFAのような溶出が早い化合物に関しては、マトリックス由来の干渉からの分離を達成することが困難です。GC-MSは、水サンプル中のTFAとC4-C6 PFCAの分析を同時に行う手法の一つです。しかし、PFCAの誘導体化という余分なステップが必要なうえに、PFSAとの同時分析はできません[1]。陰イオン交換 LCは超短鎖PFASの分析においても使用可能ですが、メソッドの実行時間は20分を超え、ピーク形状はブロードになります [2]。Restekでは以前、ハイブリッドHILICおよびイオン交換LCカラムを使用した、水サンプル中の超短鎖および短鎖PFASの迅速な分析メソッドを開発しました [3]。しかし、このメソッドは長鎖PFASをターゲットとして含んでいなかったためPFASの包括的な評価には不十分でした。さらに最近では、極性基導入型逆相LCカラムを使用して、ヒト血漿および血清中のC1~C10 PFASを定量するメソッドも開発しています[4]。このメソッドが非常に効果的であったため、このアプローチを基にして、水マトリックス中のより広範囲なPFASを同時に分析するための新しい手法の開発に取り組むことにしました。

新たに開発されたメソッドでは、溶出が早い高極性化合物を十分に保持するために、極性基導入型固定相を持つLCカラムを使用しました。また、カラムには不活性コーティングが施されたハードウェアを使用しています。ステンレススチール製カラムで見られる不要な分析成分との相互作用が防止できたため、検出感度が向上しました。このように設計されたUltra Inert IBDカラムを使用することで、C1~C14パーフルオロアルキルカルボン酸、スルホン酸、およびその他PFASの同時分析用にシンプルで信頼性の高いワークフローが実現されました。このメソッドは飲料水および環境水といった幅広い水マトリックスに対応可能です。直線性、精度、再現性、および適合性を評価し、メソッドの性能を確認するために、さまざまな水サンプルを用いた実験を行いました

Figure 1:  C1~C3 PFASの構造

chemical structures of trifluoromethanesulfonic acid (TFMS), trifluoroacetic acid (TFA), perfluoroethane sulfonate (PFEtS), perfluoropropionic acid (PFPrA), and perfluoropropane sulconate (PFPrS)

実験

水サンプル

排水サンプルは、General Dynamics Information Technology社(バージニア州フォールズチャーチ)から提供されたもので、公的機関運営の排水処理施設(POTW)、病院、金属仕上げ業者、化学薬品メーカーからの排水が含まれます。ボトル入り飲料水は近くの食料品店で購入し、水道水は、Restek本社(ペンシルベニア州ベルフォンテ)および地元の家庭(異なる自治体の水道局からの給水)から採取しました。さらに、ペンシルベニア州中央部の地域から、天然湧水、2種類の井戸水、3種類の河川水を採取しました。

標準試料およびサンプルの前処理

【標準試料】

  • 校正用の作業標準溶液(各250 µL)は、濃度が1~1000 ng/Lの範囲内になるように逆浸透水で希釈し、ポリプロピレン製HPLCバイアルに調製
  • 定量的内部標準(QIS)として5種類の質量標識されたPFASを使用(Table I参照)
  • 13C3-PFBAを40 ng/mL、13C2-PFHxAおよび13C4-PFOAを20 ng/mL、13C5-PFNAおよび1313C2-PFDAを10 ng/mL含むQIS作業標準溶液からの2 µLの一定分量を各標準試料に添加し、1%酢酸を含むメタノール250 µLに混合

【サンプル】

  • メソッドの精度と再現性を確認する実験では、水道水、ボトル入り湧水、およびPOTW排水を使用
  • 水道水とボトル入り水はろ過せずにそのまま使用
  • POTW排水(10 mL以下)を、ポリプロピレン製シリンジフィルター(cat.# 28936)でろ過し、50 mLポリプロピレンチューブ(cat.# 25846)に回収
  • これらの水サンプル(250 µL)に、非標識の分析対象成分とTFA回収率測定の代用となる同位体標識13C-TFAを、2、4、10、50、250 pptの既知濃度になるように添加
  • 各添加サンプルに、2µLのQIS作業溶液、および10 ng/mLの質量標識されたPFAS(詳細はTable Iを参照)を含む2.5µLの抽出内部標準(EIS)作業溶液と混合
  • 1%酢酸を含むメタノール250 µLの一定分量を添加し、LC-MS/MS分析用の添加サンプルと混合

分析システム

水サンプル中のC1-C14 PFAS分析は、以下のような平衡化したLC-MS/MSで行いました。ミキサーとインジェクターの間にPFASディレイカラムを取り付け、インジェクター上流で混入するPFASがサンプル中のPFASと共溶出することを防ぎました。各分析対象成分のMS/MSトランジションパラメータはTable Iに示します。

システム: Waters ACQUITY UPLC and Xevo TQ-S triple quadrupole mass spectrometer
カラム:
  • 分析カラム: Ultra Inert IBD, 100 mm x 2.1 mm, 3 µm (cat.# 9175312-T)
  • PFASディレイカラム (cat.# 27854)
注入量: 45 µL
移動相A: 5 mMギ酸アンモニウム、0.1%ギ酸
移動相B: アセトニトリル
流速: 0.4 mL/min
温度: 40 °C
グラジエント:  

Time (min)

0.00

7.00

10.00

10.01

12.00

%B

50

95

95

50

50

イオン化モード: Negative ESI
モード: Scheduled MRM

 

Table I: MSトランジションと分析対象成分の保持時間

化合物 時間 (min)

プレカーサ

イオン

プロダクト

イオン*

イオン導入細孔の電圧(コーン) (V) コリジョン電圧(衝突エネルギー) (V) 内部標準
ターゲット成分
Perfluoroalkyl carboxylic acids
Trifluoroacetic acid (TFA) 2.12 113.03 [M-H]- 69.01 10 10 13C3-PFBA
Perfluoropropanoic acid (PFPrA) 2.69 162.97 [M-H]- 119.02 10 8 13C3-PFBA
Perfluorobutanoic acid (PFBA) 3.27 213.03 [M-H]- 168.98 14 8 13C3-PFBA
Perfluoropentanoic acid (PFPeA) 3.94 262.97 [M-H]- 218.97 2 6 13C2-PFHxA
Perfluorohexanoic acid (PFHxA) 4.59 313.10 [M-H]- 268.97/118.99 2 8/20 13C2-PFHxA
Perfluoroheptanoic acid (PFHpA) 5.24 363.16 [M-H]- 319.09/169.06 8 10/18 13C4-PFOA
Perfluorooctanoic acid (PFOA) 5.86 413.10 [M-H]- 368.96/168.90 2 10/16 13C4-PFOA
Perfluorononanoic acid (PFNA) 6.45 463.10 [M-H]- 419.01/219.02 4 10/16 13C5-PFNA
Perfluorodecanoic acid (PFDA) 7.03 513.17 [M-H]- 469.16/219.06 4 12/16 13C2-PFDA
Perfluoroundecanoic acid (PFUnA) 7.60 563.23 [M-H]- 519.24/269.07 6 12/18 13C2-PFDA
Perfluorododecanoic acid (PFDoA) 8.23 613.23 [M-H]- 569.19/169.06 8 12/26 13C2-PFDA
Perfluorotridecanoic acid (PFTrDA) 8.99 663.23 [M-H]- 619.21/169.06 8 14/28 13C2-PFDA
Perfluorotetradecanoic acid (PFTeDA) 9.83 712.67 [M-H]- 668.69/168.94 10 12/26 13C2-PFDA
Perfluoroalkyl sulfonic acids
Trifluoromethanesulfonic acid (TFMS) 2.36 148.97 [M-H]- 79.93/98.92 62 18/18 13C3-PFBA
Perfluoroethanesulfonic acid (PFEtS) 2.89 198.90 [M-H]- 79.92/98.91 38 22/22 13C3-PFBA
Perfluoropropanesulfonic acid (PFPrS) 3.44 248.97 [M-H]- 79.92/98.91 2 24/24 13C3-PFBA
Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS) 3.97 298.97 [M-H]- 79.97/98.89 2 26/26 13C2-PFHxA
Perfluoropentanesulfonic acid (PFPeS) 4.50 349.10 [M-H]- 79.98/98.98 6 32/30 13C2-PFHxA
Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS) 5.01 398.90 [M-H]- 79.97/98.89 56 32/34 13C2-PFHxA
Perfluoroheptanesulfonic acid (PFHpS) 5.50 449.17 [M-H]- 79.98/98.97 4 42/38 13C4-PFOA
Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS) 5.96 499.03 [M-H]- 79.92/98.90 8 40/40 13C4-PFOA
Perfluorononanesulfonic acid (PFNS) 6.38 549.10 [M-H]- 79.92/98.83 12 42/40 13C5-PFNA
Perfluorodecanesulfonic acid (PFDS) 6.77 599.17 [M-H]- 79.98/98.83 8 44/46 13C2-PFDA
Perfluoroundecanesulfonic acid (PFUdS) 7.12 648.73 [M-H]- 79.94/98.94 38 50/44 13C2-PFDA
Perfluorododecanesulfonic acid (PFDoS) 7.44 698.77 [M-H]- 79.95/98.94 10 60/44 13C2-PFDA
Perfluorotridecanesulfonic acid (PFTrDS) 7.73 748.73 [M-H]- 79.94/98.94 8 76/52 13C2-PFDA
Fluorotelomer sulfonic acids
1H,1H,2H,2H-Perfluorohexane sulfonic acid (4:2 FTS) 4.22 327.10 [M-H]- 307.08/80.83 50 18/24 13C2-PFHxA
1H,1H,2H,2H-Perfluorooctane sulfonic acid (6:2 FTS) 5.75 427.17 [M-H]- 407.18/80.71 2 22/32 13C4-PFOA
1H,1H,2H,2H-Perfluorodecane sulfonic acid (8:2 FTS) 7.22 527.17 [M-H]- 507.16/80.83 66 26/32 13C2-PFDA
Fluorotelomer carboxylic acids
3-Perfluoropropyl propanoic acid (3:3 FTCA) 1.64 241.00 [M-H]- 177.00/117.00 2 6/6 13C3-PFBA
3-Perfluoropentyl propanoic acid (5:3 FTCA) 2.49 340.93 [M-H]- 216.96/236.93 2 24/14 13C3-PFBA
3-Perfluoroheptyl propanoic acid (7:3 FTCA) 3.61 440.90 [M-H]- 336.88/316.91 20 12/22 13C3-PFBA
Perfluorooctane sulfonamides
Perfluorooctanesulfonamide (FOSA) 3.36 498.17 [M-H]- 77.97/477.76 8 28/26 13C3-PFBA
N-methyl perfluorooctanesulfonamide (NMeFOSA) 3.96 511.77 [M-H]- 168.95/218.91 2 26/24 13C2-PFHxA
N-ethyl perfluorooctanesulfonamide (NEtFOSA) 4.26 525.83 [M-H]- 168.96/218.92 10 26/24 13C2-PFHxA
Perfluorooctane sulfonamidoacetic acids
N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NMeFOSAA) 6.44 570.20 [M-H]- 419.17/483.16 46 20/14 13C5-PFNA
N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NEtFOSAA) 6.56 584.20 [M-H]- 419.18/483.11 6 20/16 13C5-PFNA
Per- and polyfluoroether carboxylic acids
Perfluoro-3-methoxypropanoic acid (PFMPA) 3.40 228.93 [M-H]- 84.97/198.94 10 10/14 13C3-PFBA
Perfluoro-4-methoxybutanoic acid (PFMBA) 4.00 278.87 [M-H]- 84.96/234.93 8 10/6 13C2-PFHxA
Nonafluoro-3,6-dioxaheptanoic acid (NFDHA) 4.06 294.93 [M-H]- 200.91/85.02 8 4/22 13C2-PFHxA
Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA) 4.46 285.03 [M-COOH]- 169.02/185.02 2 6/16 13C2-PFHxA
4,8-Dioxa-3H-perfluorononanoic acid (ADONA) 4.63 376.90 [M-H]- 250.93/84.97 22 12/26 13C2-PFHxA
Ether sulfonic acids
Perfluoro(2-ethoxyethane)sulfonic acid (PFEESA) 4.04 314.83 [M-H]- 134.94/83.01 4 22/16 13C2-PFHxA
9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonic acid (9Cl-PF3ONS) 5.88 530.78 [M-H]- 350.85/82.96 12 26/24 13C4-PFOA
11-Chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid (11Cl-PF3OUdS) 6.56 630.78 [M-H]- 450.80/82.95 8 26/32 13C5-PFNA
抽出内部標準
13C3-PFPrA 2.69 165.97 [M-H]- 120.96 10 11 13C3-PFBA
13C4-PFBA 3.27 217.03 [M-H]- 171.98 2 8 13C3-PFBA
13C5-PFPeA 3.94 267.97 [M-H]- 222.99 2 6 13C2-PFHxA
13C5-PFHxA 4.59 318.03 [M-H]- 272.93 2 7 13C2-PFHxA
13C4-PFHpA 5.24 366.90 [M-H]- 321.93 2 10 13C4-PFOA
13C8-PFOA 5.86 420.97 [M-H]- 375.94 2 10 13C4-PFOA
13C6-PFDA 7.03 518.90 [M-H]- 473.87 4 13 13C2-PFDA
13C7-PFUnA 7.60 569.90 [M-H]- 524.87 2 12 13C2-PFDA
13C2-PFDoA 8.23 614.84 [M-H]- 569.87 2 12 13C2-PFDA
13C2-PFTeDA 9.83 714.78 [M-H]- 669.80 8 14 13C2-PFDA
13C3-PFBS 3.97 301.97 [M-H]- 79.97 2 28 13C2-PFHxA
13C3-PFHxS 5.01 401.90 [M-H]- 79.97 2 36 13C2-PFHxA
13C8-PFOS 5.96 506.84 [M-H]- 79.97 4 42 13C4-PFOA
13C2-4:2 FTS 4.22 328.97 [M-H]- 308.96 2 18 13C2-PFHxA
13C2-8:2 FTS 7.22 528.90 [M-H]- 508.90 2 24 13C2-PFDA
13C8-FOSA 3.36 505.91 [M-H]- 77.95 4 32 13C3-PFBA
d3-NMeFOSAA 6.44 572.90 [M-H]- 418.91 50 18 13C5-PFNA
d5-NEtFOSAA 6.56 588.97 [M-H]- 418.86 48 20 13C5-PFNA
定量的内部標準
13C3-PFBA 3.27 215.97 [M-H]- 171.97 10 8 -
13C2-PFHxA 4.59 314.97 [M-H]- 269.93 8 8 -
13C4-PFOA 5.86 416.87 [M-H]- 371.88 2 8 -
13C5-PFNA 6.45 467.87 [M-H]- 422.89 16 10 -
13C2-PFDA 7.03 514.87 [M-H]- 469.84 8 10 -

*定量イオン/確認用イオン

結果と考察

LC-MS/MS メソッド開発

飲料水および環境水サンプル中の超短鎖化合物を含む45種類のPFASの分析を一斉に行うための効果的な分析メソッドが確立されたということが確認できます(Figure 2参照)。この新たな分析メソッドでは、極性基導入型逆相カラムであるUltra Inert IBDカラムが、TFAなどの溶出が早いPFASの保持を向上させ、逆相条件下での非常に優れた分析結果を実現しました。さらに、Ultra Inert IBDカラムには不活性処理が施されたハードウェアが使用されているため、従来の未コーティングのハードウェアカラムと比較して検出感度が大幅に向上しました。Figure 3に示されるように、不活性処理されたカラムは、ほとんどの分析対象成分で顕著な改善がありました。具体的には、ピーク面積で3~70%、ピーク高さで5~75%の増加が確認され、より微量のPFASでも確実に検出可能でした。

Figure 2: 500 ppt PFAS標準試料の分析

cgarm-img
LC_EV0597

 

Figure 3: 不活性処理されたハードウェアのLCカラムは、従来のステンレススチール製カラムと比較して、ほとんどのPFASのピーク面積とピーク高さが増加しました。

bar charts for peak area and height

 

直線性

二次回帰(1/x重み付け)を用いると、すべての分析対象成分の直線性(決定係数であるr2値が0.995以上、偏差が30%未満)は許容範囲内でした。Table IIには、各ターゲットPFASの直線性範囲は1 ppt ~ 1000 pptの間で異なり、最小校正濃度においてばらつきが発生することが示されています。定量限界(LOQ)値および検出限界(LOD)値も示されています(LOQ値は各分析対象成分の最小校正用標準溶液の濃度と定義されます)。

Table II: 水道水、ボトル入りの水、およびPOTW排水中PFASのLOQ値*とLOD値

  直線性範囲 LOD (ng/L)
分析対象成分 (ng/L) 水道水 ボトル入りの水 POTW排水
TFA 10–1000 1.7 1.4 2.1
PFPrA 1–1000 0.3 0.3 0.3
PFBA 2–1000 0.7 0.6 0.6
PFPeA 1–1000 0.5 0.4 0.3
PFHxA 1–1000 0.4 0.4 0.4
PFHpA 1–1000 0.4 0.4 0.5
PFOA 1–1000 0.4 0.4 0.4
PFNA 1–1000 0.3 0.3 0.3
PFDA 1–1000 0.4 0.3 0.5
PFUnA 1–1000 0.5 0.3 0.4
PFDoA 2–1000 0.7 0.4 0.5
PFTrDA 2–1000 0.8 0.6 0.6
PFTeDA 2–1000 0.8 0.7 0.6
TFMS 1–1000 0.2 0.2 0.2
PFEtS 1–1000 0.1 0.3 0.2
PFPrS 1–1000 0.2 0.2 0.4
PFBS 1–1000 0.2 0.2 0.5
PFPeS 1–1000 0.2 0.3 0.2
PFHxS 1–1000 0.3 0.6 0.5
PFHpS 2–1000 0.5 0.4 0.4
PFOS 2–1000 0.5 0.9 0.8
PFNS 2–1000 0.6 0.6 0.6
PFDS 2–1000 0.6 0.7 0.9
PFUdS 2–1000 0.5 0.7 0.9
PFDoS 2–1000 0.4 0.6 0.6
PFTrDS 2–1000 0.9 0.6 0.8
4:2 FTS 2–1000 0.4 0.6 0.5
6:2 FTS 2–1000 0.6 0.4 0.5
8:2 FTS 2–1000 0.4 0.4 0.5
3:3 FTCA 20–1000 8.3 7.4 -
5:3 FTCA 4–1000 1.2 1.1 1.5
7:3 FTCA 4–1000 1.6 1.3 1.2
FOSA 1–1000 0.2 0.2 0.2
NMeFOSA 10–1000 3.8 4.0 4.0
NEtFOSA 10–1000 4.6 4.0 4.0
NMeFOSAA 4–1000 1.2 1.2 1.9
NEtFOSAA 10–1000 4.3 2.5 3.3
PFMPA 1–1000 0.3 0.2 0.4
PFMBA 1–1000 0.4 0.3 0.4
NFDHA 20–1000 10.0 8.8 7.9
HFPO-DA 10–1000 3.8 3.3 5.2
ADONA 1–1000 0.1 0.1 0.2
PFEESA 1–1000 0.1 0.1 0.1
9Cl-PF3ONS 1–1000 0.2 0.2 0.2
11Cl-PF3OUdS 1–1000 0.2 0.1 0.3

*LOQ=最小標準溶液の濃度

 

精度と再現性

各濃度の添加サンプルに対し、3日間にわたり3つのバッチ(合計9回)の分析を行いました。平均回収率と相対標準偏差(%RSD)についてはTable ⅢTable Ⅴをご参照ください。すべての分析対象成分の回収率は良好で、各濃度の添加サンプルにおいて70~130%の範囲内でした。相対標準偏差(%RSD)が20%未満であることはこのメソッドの再現性が十分に高いことを証明しています。さらに、すべての抽出内部標準物質(EIS)の回収率は公称濃度の30%以内でした。

Table III: 水道水サンプルの精度および再現性

分析対象成分 平均回収率(相対標準偏差(RSD, %)), n=9
添加濃度 (ng/L)
2 4 10 50 250
13C-TFA - - 110 (9.61) 89.8 (5.10) 91.5 (2.04)
PFPrA 102 (6.88) 100 (3.72) 98.6 (6.71) 105 (8.98) 101 (6.85)
PFBA 108 (8.17) 107 (7.28) 104 (9.06) 104 (5.13) 103 (7.20)
PFPeA 109 (9.02) 115 (2.98) 105 (7.90) 111 (6.13) 107 (8.17)
PFHxA 88.2 (8.36) 99.8 (8.44) 92.0 (6.26) 105 (7.96) 103 (8.06)
PFHpA 88.7 (6.44) 101 (8.38) 86.2 (6.26) 95.1 (6.97) 91.2 (7.28)
PFOA 111 (6.58) 117 (4.67) 103 (9.51) 104 (8.34) 101 (8.98)
PFNA 108 (7.53) 110 (5.46) 97.8 (3.83) 104 (6.23) 99.5 (8.40)
PFDA 99.4 (6.34) 104 (5.56) 95.1 (5.35) 98.6 (9.37) 95.8 (8.66)
PFUnA 110 (14.0) 109 (11.4) 108 (14.6) 107 (8.05) 95.5 (7.14)
PFDoA 103 (14.2) 104 (9.98) 96.5 (14.1) 101 (5.81) 102 (3.95)
PFTrDA 101 (13.3) 91.1 (11.0) 87.5 (7.09) 82.3 (5.23) 86.5 (3.05)
PFTeDA 103 (6.04) 91.2 (10.6) 90.1 (8.18) 86.5 (10.9) 93.4 (4.21)
TFMS 112 (9.16) 108 (10.4) 97.3 (8.16) 105 (6.42) 104 (7.25)
PFEtS 103 (8.31) 115 (5.52) 103 (3.25) 106 (4.64) 107 (5.60)
PFPrS 109 (9.22) 114 (7.23) 99.3 (8.52) 106 (7.76) 107 (7.32)
PFBS 109 (6.89) 109 (10.7) 94.3 (8.59) 101 (5.45) 102 (6.53)
PFPeS 104 (5.33) 113 (3.79) 97.9 (4.84) 106 (7.29) 104 (9.30)
PFHxS 84.1 (16.7) 105 (7.50) 90.8 (12.8) 104 (4.37) 102 (3.77)
PFHpS 111 (7.72) 108 (6.82) 99.7 (7.04) 108 (5.65) 105 (6.59)
PFOS 112 (7.55) 106 (7.10) 95.5 (10.2) 107 (7.39) 107 (6.83)
PFNS 117 (13.8) 104 (10.7) 91.9 (10.2) 104 (4.92) 99.1 (6.15)
PFDS 107 (15.0) 106 (8.32) 94.4 (17.2) 97.9 (11.1) 94.4 (3.40)
PFUdS 108 (13.5) 92.4 (15.5) 88.1 (1.58) 85.7 (2.32) 93.4 (3.38)
PFDoS 114 (13.4) 96.5 (11.9) 85.9 (5.01) 83.5 (11.6) 93.9 (2.71)
PFTrDS 91.0 (17.8) 72.5 (18.2) 72.0 (13.8) 72.9 (14.4) 84.6 (3.55)
4:2 FTS 106 (8.72) 109 (8.83) 90.2 (13.0) 103 (9.27) 101 (10.2)
6:2 FTS 108 (8.94) 112 (6.81) 96.4 (17.3) 102 (4.45) 99.4 (7.60)
8:2 FTS 111 (13.4) 107 (12.1) 92.6 (11.3) 101 (5.28) 94.6 (5.86)
3:3 FTCA - - - 83.7 (8.92) 82.6 (5.64)
5:3 FTCA - 120 (6.07) 106 (12.0) 103 (8.99) 103 (8.78)
7:3 FTCA - 107 (8.36) 91.4 (16.2) 105 (7.98) 106 (7.36)
FOSA 107 (9.41) 107 (5.20) 95.4 (8.59) 95.7 (4.63) 95.5 (6.05)
NMeFOSA - - 106 (12.9) 105 (6.50) 104 (9.06)
NEtFOSA - - 105 (14.7) 112 (4.89) 105 (7.49)
NMeFOSAA - 123 (7.06) 88.5 (14.6) 102 (8.37) 99.5 (7.89)
NEtFOSAA - - 106 (10.9) 96.1 (11.1) 92.6 (5.99)
PFMPA 99.0 (15.9) 103 (10.6) 90.2 (6.11) 103 (8.22) 103 (8.21)
PFMBA 105 (7.67) 107 (8.82) 95.8 (7.63) 107 (6.27) 103 (7.01)
NFDHA - - - 115 (9.78) 115 (8.61)
HFPO-DA - - 115 (13.1) 108 (5.70) 106 (7.76)
ADONA 94.4 (11.5) 109 (5.71) 98.4 (7.58) 106 (7.56) 104 (8.94)
PFEESA 102 (8.88) 113 (4.75) 98.8 (7.11) 108 (6.06) 105 (8.76)
9Cl-PF3ONS 100 (8.99) 107 (4.54) 95.7 (2.88) 105 (6.31) 104 (9.09)
11Cl-PF3OUdS 88.2 (12.3) 96.8 (7.36) 87.8 (8.81) 96.7 (4.65) 95.1 (4.17)

 

Table IV: ボトル入り水サンプルの精度および再現性

分析対象成分 平均回収率(相対標準偏差(RSD, %)), n=9
添加濃度 (ng/L)
2 4 10 50 250
13C-TFA - - 104 (15.6) 99.4 (8.09) 103 (7.45)
PFPrA 96.7 (5.90) 101 (6.64) 97.9 (6.08) 107 (3.13) 114 (7.77)
PFBA 96.4 (5.81) 94.7 (8.49) 90.2 (6.21) 103 (6.58) 112 (6.78)
PFPeA 93.2 (8.17) 99.1 (13.9) 95.5 (10.2) 105 (5.95) 111 (8.53)
PFHxA 100 (13.1) 96.5 (9.30) 91.0 (8.66) 99.5 (4.92) 108 (8.20)
PFHpA 96.9 (8.26) 92.3 (3.67) 87.3 (4.82) 97.9 (6.15) 104 (5.56)
PFOA 94.4 (10.9) 100 (10.8) 101 (8.29) 105 (6.09) 112 (6.11)
PFNA 108 (9.34) 103 (8.32) 97.3 (3.99) 105 (5.46) 112 (7.09)
PFDA 101 (11.9) 96.9 (6.73) 92.2 (8.25) 100 (5.31) 109 (8.86)
PFUnA 109 (10.6) 104 (8.74) 90.6 (11.0) 97.7 (9.52) 105 (5.72)
PFDoA 97.5 (5.77) 95.2 (4.93) 78.5 (1.90) 85.1 (5.14) 103 (5.68)
PFTrDA 106 (9.03) 100 (8.97) 81.8 (13.1) 87.8 (18.6) 98.2 (9.05)
PFTeDA 116 (3.97) 109 (6.74) 90.5 (8.94) 93.5 (18.2) 114 (5.74)
TFMS 101 (9.04) 107 (6.85) 96.7 (4.30) 106 (2.88) 112 (7.17)
PFEtS 102 (7.45) 105 (4.66) 97.8 (3.00) 106 (2.01) 111 (7.50)
PFPrS 101 (10.4) 106 (7.28) 98.1 (6.13) 108 (1.98) 111 (6.44)
PFBS 103 (13.7) 101 (9.53) 85.8 (5.98) 101 (2.59) 108 (8.90)
PFPeS 95.6 (10.3) 102 (5.75) 92.3 (5.80) 102 (2.79) 109 (9.05)
PFHxS 110 (8.75) 99.4 (8.55) 90.9 (11.8) 96.5 (2.79) 103 (8.67)
PFHpS 99.8 (8.79) 94.2 (8.80) 90.9 (7.75) 105 (5.47) 110 (8.06)
PFOS 111 (12.9) 93.5 (8.65) 91.8 (9.70) 106 (6.02) 109 (6.08)
PFNS 102 (12.8) 90.8 (15.2) 86.8 (10.4) 101 (8.80) 112 (6.74)
PFDS 96.9 (19.1) 105 (12.1) 89.3 (11.4) 103 (10.2) 107 (5.82)
PFUdS 101 (18.5) 100 (16.3) 87.3 (10.5) 92.9 (14.5) 105 (5.71)
PFDoS 114 (7.52) 106 (10.7) 84.8 (14.6) 90.7 (14.5) 108 (7.49)
PFTrDS 126 (1.13) 109 (14.4) 86.2 (17.1) 88.4 (19.0) 112 (5.51)
4:2 FTS 103 (11.0) 98.1 (16.3) 88.6 (10.1) 94.3 (4.60) 108 (10.3)
6:2 FTS 108 (6.44) 95.2 (13.7) 88.0 (13.3) 97.7 (9.07) 106 (7.53)
8:2 FTS 112 (10.5) 109 (5.14) 95.0 (3.66) 103 (3.89) 109 (8.72)
3:3 FTCA - - - 95.4 (10.4) 105 (6.94)
5:3 FTCA - 103 (8.78) 94.3 (12.1) 105 (6.32) 109 (8.62)
7:3 FTCA - 115 (5.16) 98.9 (9.92) 102 (8.75) 110 (7.09)
FOSA 111 (7.75) 103 (8.73) 91.6 (3.72) 104 (3.88) 112 (7.06)
NMeFOSA - - 105 (8.01) 101 (10.8) 115 (5.88)
NEtFOSA - - 121 (9.43) 100 (13.0) 110 (8.06)
NMeFOSAA - 109 (12.1) 106 (10.1) 92.9 (13.8) 104 (9.53)
NEtFOSAA - - 101 (15.7) 100 (10.3) 105 (8.11)
PFMPA 99.5 (9.11) 99.6 (11.0) 92.2 (4.76) 103 (4.57) 112 (7.29)
PFMBA 92.3 (9.01) 102 (9.17) 90.1 (8.50) 100 (4.51) 109 (7.70)
NFDHA - - - 111 (6.59) 111 (7.73)
HFPO-DA - - 106 (12.3) 101 (10.1) 112 (6.19)
ADONA 97.3 (11.4) 101 (6.41) 91.6 (3.35) 100 (4.26) 107 (10.3)
PFEESA 101 (8.99) 105 (8.33) 93.6 (5.67) 102 (3.03) 110 (9.16)
9Cl-PF3ONS 100 (8.53) 101 (7.16) 90.2 (4.28) 105 (4.22) 112 (8.47)
11Cl-PF3OUdS 91.0 (11.1) 96.8 (6.21) 85.0 (4.94) 100 (11.8) 108 (5.75)

 

Table V: POTW排水サンプルの精度および再現性

分析対象成分
平均回収率(相対標準偏差(RSD, %)), n=9
添加濃度 (ng/L)
2 4 10 50 250
13C-TFA - - - 104 (9.46) 108 (8.57)
PFPrA 99.7 (3.96) 101 (11.9) 99.7 (9.18) 109 (3.90) 113 (1.99)
PFBA 100 (8.79) 98.0 (6.35) 99.2 (7.44) 104 (8.77) 106 (4.82)
PFPeA 104 (9.17) 110 (6.19) 101 (5.66) 109 (2.80) 116 (2.05)
PFHxA 91.8 (12.1) 98.5 (10.0) 92.9 (9.53) 101(3.30) 103 (6.53)
PFHpA 115 (5.90) 111 (8.16) 97.6 (6.90) 97.1 (5.74) 99.5 (4.58)
PFOA 108 (8.67) 105 (8.15) 101 (4.86) 105 (4.68) 109 (5.20)
PFNA 113 (8.50) 117 (5.50) 95.1 (5.73) 103 (6.97) 107 (4.67)
PFDA 108 (10.6) 111 (8.44) 91.8 (5.90) 97.6 (4.10) 101 (3.49)
PFUnA 106 (12.6) 102 (9.97) 95.1 (8.99) 97.7 (3.90) 101 (6.28)
PFDoA 98.4 (16.6) 107 (9.05) 93.0 (3.83) 111 (11.9) 112 (12.2)
PFTrDA 94.1 (15.9) 94.4 (13.2) 79.7 (9.70) 90.3 (11.3) 96.7 (13.5)
PFTeDA 113 (12.7) 97.5 (18.9) 82.9 (12.4) 95.2 (13.3) 104 (18.0)
TFMS 104 (15.6) 108 (7.24) 94.9 (5.45) 94.9 (5.32) 96.0 (1.88)
PFEtS 93.1 (15.3) 108 (7.71) 87.9 (6.50) 95.7 (4.51) 97.9 (2.89)
PFPrS 105 (9.36) 114 (4.26) 91.5 (4.65) 99.5 (3.97) 102 (4.11)
PFBS 93.4 (12.3) 107 (6.18) 91.8 (7.88) 100 (5.38) 105 (6.90)
PFPeS 102 (13.3) 113 (8.62) 90.2 (4.13) 99.7 (2.68) 103 (4.89)
PFHxS 89.3 (17.7) 95.2 (8.96) 100 (12.7) 98.6 (6.64) 105 (6.83)
PFHpS 85.1 (16.1) 109 (9.59) 96.0 (7.89) 106 (3.56) 111 (2.42)
PFOS 79.0 (18.5) 107 (6.22) 86.1 (8.60) 101 (7.45) 110 (4.62)
PFNS 104 (9.28) 92.5 (14.2) 85.0 (9.21) 98.9 (4.69) 108 (3.95)
PFDS 109 (11.1) 106 (11.0) 92.6 (13.1) 101 (7.80) 101 (4.53)
PFUdS 95.6 (18.8) 102 (8.93) 77.9 (7.72) 90.2 (8.96) 96.4 (7.42)
PFDoS 111 (9.06) 95.0 (10.7) 80.0 (13.7) 83.1 (8.45) 99.5 (12.4)
PFTrDS 94.1 (14.9) 107 (15.1) 79.8 (12.5) 85.2 (12.4) 96.4 (15.1)
4:2 FTS 122 (5.65) 113 (4.55) 91.5 (7.23) 100 (3.92) 104 (5.01)
6:2 FTS 110 (10.3) 109 (12.0) 93.1 (10.0) 95.2 (7.65) 102 (5.42)
8:2 FTS 116 (10.0) 102 (16.1) 89.3 (12.6) 101 (5.81) 106 (3.58)
3:3 FTCA - - - - -
5:3 FTCA - 115 (7.21) 104 (8.42) 108 (7.38) 108 (5.05)
7:3 FTCA - 122 (6.51) 92.6 (18.9) 99.7 (9.76) 105 (5.88)
FOSA 110 (8.60) 101 (10.9) 79.1 (4.69) 89.4 (5.01) 96.6 (6.21)
NMeFOSA - - 110 (18.8) 92.1 (10.3) 116 (3.63)
NEtFOSA - - 116 (9.55) 103 (11.9) 104 (11.6)
NMeFOSAA - 118 (10.3) 98.2 (12.1) 98.8 (9.01) 100 (6.96)
NEtFOSAA - - 106 (10.9) 96.1 (11.1) 92.6 (5.99)
PFMPA 94.3 (11.0) 105 (7.54) 88.4 (7.38) 98.1 (3.33) 102 (4.66)
PFMBA 85.9 (7.17) 99.9 (10.5) 87.0 (8.69) 101 (4.18) 109 (5.75)
NFDHA - - - 90.5 (13.9) 114 (3.75)
HFPO-DA - - 111 (6.49) 92.5 (16.2) 95.6 (12.4)
ADONA 90.8 (12.6) 116 (5.19) 90.9 (4.78) 103 (3.45) 106 (5.37)
PFEESA 89.4 (12.7) 113 (8.74) 92.8 (1.95) 102 (1.80) 108 (3.07)
9Cl-PF3ONS 95.4 (10.3) 102 (9.40) 85.4 (6.64) 101 (4.97) 106 (4.67)
11Cl-PF3OUdS 95.1 (8.68) 105 (3.84) 82.7 (4.07) 97.5 (7.82) 101 (6.36)

 

飲料水および環境水中のターゲットPFAS(45種類)の測定

各サンプルは、EISを添加してn=3で調製しました。精度および再現性分析と一致し、EISの回収率はすべての水源において公称濃度(100ppt)の30%以内でした。このことから、確立されたメソッドは、幅広い水マトリックスにおいて、超短鎖PFASを含むターゲットPFASの正確な測定に適していることが実証されました(Table VI参照)。

Table VI: さまざまな水マトリックス中にあるターゲットPFAS(45種類)の測定(nd = 検出されず)

水サンプル 平均濃度 (ng/L)
超短鎖 短鎖
TFA PFPrA TFMS PFBA PFBS PFPeA PFHxA PFHxS PFHpA
飲料水
水道水 #1 176 2.66 8.40 nd nd <1.00 2.13 nd nd
水道水 #2 317 1.54 7.14 nd 2.25 nd nd nd nd
水道水 #3 166 3.15 10.9 nd 2.14 2.51 1.24 nd nd
水道水 #4 330 5.48 12.8 nd 1.68 1.97 nd nd nd
水道水 #5 1186 29.0 25.4 13.2 8.58 13.7 17.7 nd 5.78
ボトル入りの水 #1 (湧水) 107 nd nd nd nd nd nd nd nd
ボトル入りの水 #2 (湧水) 257 1.66 <1.00 <2.00 1.21 nd nd nd nd
ボトル入りの水 #3 (RO精製水) nd nd nd nd nd nd nd nd nd
天然湧水 486 2.91 4.81 nd nd nd nd nd nd
井戸水 #1 557 1.82 1.74 nd nd nd nd nd nd
井戸水 #2 171 1.16 <1.00 nd nd nd nd nd nd
環境水(非飲料水)
河川水 #1 605 4.88 6.75 5.82 19.5 3.50 1.52 nd <1.00
河川水 #2 626 3.07 2.26 nd 2.68 nd nd nd nd
河川水 #3 627 10.9 8.28 <2.00 2.19 4.94 2.35 nd nd
POTW排水 1156 24.2 9.66 nd 2.84 6.50 24.0 2.28 <1.00
病院排水 487 3.08 1.45 nd nd 2.15 1.50 nd nd
金属仕上げ工場排水 678 2.78 8.89 2.87 3.11 2.52 2.09 nd nd
化学薬品メーカー排水 90,473 8,540 13.3 62.8 1.13 100 7.22 nd 12.0

 

水サンプル  平均濃度 (ng/L)
長鎖 代替物質
PFOA PFOS PFMPA HFPO-DA
飲料水
水道水 #1 <1.00 nd nd nd
水道水 #2 nd <2.00 nd nd
水道水 #3 <1.00 4.76 nd nd
水道水 #4 nd nd nd nd
水道水 #5 18.0 5.63 nd nd
ボトル入りの水 #1(湧水) nd nd nd nd
ボトル入りの水 #2(湧水) nd <2.00 nd nd
ボトル入りの水 #3(RO精製水) nd nd nd nd
天然湧水 nd nd nd nd
井戸水 #1 <1.00 nd nd nd
井戸水 #2 nd nd nd nd
環境水(非飲料水)
河川水 #1 <1.00 6.06 4.40 nd
河川水 #2 nd <2.00 nd nd
河川水 #3 3.08 5.97 nd nd
POTW排水 12.9 3.88 nd nd
病院排水 nd nd nd nd
金属仕上げ工場排水 <1.00 112 nd nd
化学薬品メーカー排水 20.8 nd 14.0 5,709

 

結論

本研究では、シンプルで信頼性の高いワークフロー(dilute-and-shoot)を確立し、さまざまな水マトリックス中の超短鎖PFASも含む、PFAS一斉分析を可能にする独自のソリューションを提供しました。ハードウェアに不活性コーティングを施した極性基導入型逆相カラムであるUltra Inert IBDカラムを使用することで、メソッドの検出感度、精度、再現性が確保されました。この新しいメソッドは、環境水システムにおける新興PFASのモニタリングにおいて、今後の規制措置を策定するための貴重なツールとなります。従来の分析技術では検出しにくかった超短鎖PFASをも同時に検出することができ、規制機関がPFASの管理や規制のために必要なデータを提供します。これにより、PFASの汚染拡大に迅速に対応でき、適切な規制ガイドラインを作成するための強力な基盤を提供することが可能となります。PFAS分析をサポートするその他の製品、メソッド、技術リソースについては、PFAS分析のパートナーをご参照下さい。

参考文献

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  2. S. Taniyasu, K. Kannan, L.W.Y. Yeung, K.Y. Kwok, P.K.S. Lam, N. Yamashita, Analysis of trifluoroacetic acid and other short-chain perfluorinated acids (C2-C4) in precipitation by liquid chromatography-tandem mass spectrometry: comparison to patterns of long-chain perfluorinated acids (C5-C18), Anal. Chim. Acta. 619 (2008) 221–230, https://doi.org/10.1016/j.aca.2008.04.064
  3. S.-H. Liang, J.A. Steimling, M. Chang, Analysis of ultrashort-chain and short-chain (C1 to C4) per- and polyfluorinated substances in potable and non-potable waters, J. Chromatogr. Open 4 (2023) 100098, https://doi.org/10.1016/j. jcoa.2023.100098
  4. S.-H. Liang, J.A. Steimling, Integration of ultrashort-chain compounds into the biomonitoring of per- and polyfluorinated substances in human plasma and serum, J. Chromatogr. Open 5 (2024) 100132, https://doi.org/10.1016/j. jcoa.2024.100132
EVAN4402-JP