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Colonnes LC PFAS : quelles phases, quelles dimensions et quels types de particules sont les meilleurs ?

Si vous travaillez dans un laboratoire analysant quotidiennement les PFAS (« per- and polyfluoroalkyl substances », c’est-à-dire les perfluoroalkyles et polyfluoroalkyles), vous connaissez l'intérêt grandissant pour ces substances à mesure que nous comprenons mieux leur omniprésence, leur persistance et les risques sanitaires potentiels qui leur sont associés. En conséquence de cet intérêt grandissant, le besoin d'analyses rapides, exactes et précises grandit donc lui aussi. Cela nécessite le développement de méthodes plus fiables et plus robustes, et le choix de la colonne LC est la base permettant de construire une meilleure approche. Dans cet article, nous allons examiner les propriétés importantes à prendre en compte lors du choix d’une colonne LC pour l’analyse des PFAS.

Choix de la phase stationnaire

La première décision à prendre pour déterminer la colonne LC à utiliser pour l'analyse des PFAS est le choix d’une phase stationnaire efficace. Nous avons testé différentes chimies de phase en vue de l’analyse des PFAS à chaîne courte (C4-C6) et à chaîne longue, et la phase C18 est apparue comme le meilleur choix. Plus la chaîne alkyle des molécules de PFAS est longue, plus les interactions (hydrophobes) entre ces chaînes et le ligand C18 sont nombreuses, ce qui va augmenter la rétention des molécules, et donc, leur résolution. La rétention est suffisante pour permettre d’utiliser une colonne relativement courte et obtenir une séparation rapide et efficace des analytes cibles. L’exemple présenté en Figure 1 montre qu’une colonne Raptor C18 de 50 x 2,1 mm sépare facilement les composés d’intérêt, tout en respectant les critères de la méthode EPA 537.1 pour les analyses sur l’eau potable, et ce en moins de 8 minutes (temps d'analyse total de 10 minutes).

Figure 1 : Une colonne Raptor C18 de 50 x 2,1 mm est un excellent choix de colonne LC pour l’analyse des PFAS : elle respecte tous les critères de la méthode EPA 537.1 sur un cycle d’analyse total de 10 minutes

LC_EV0560
PeakstR (min)Conc.
(ng/mL)
Precursor IonProduct Ion
1.Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS)2.0610298.879.9
2.Perfluoro-n-[1,2-13C2]hexanoic acid (13C2-PFHxA)3.035314.9270.0
3.Perfluorohexanoic acid (PFHxA)3.045312.9268.7
4.Tetrafluoro-2-heptafluoropropoxy-13C3-propanoic acid (13C3-HFPO-DA)3.365286.8168.7
5.Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA)3.385285.0168.9
6.Perfluoroheptanoic acid (PFHpA)4.095362.8318.8
7.Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS)4.2210398.879.9
8.4,8-Dioxa-3H-perfluorononanoic acid (ADONA)4.245376.9250.7
9.Perfluoro-[1,2-13C2]octanoic acid (13C2-PFOA)4.885415.0370.0
10.Perfluorooctanoic acid (PFOA)4.905413.1368.9
11.Perfluorononanoic acid (PFNA)5.545462.9418.9
12.Perfluoro-1-[1,2,3,4-13C4]octanesulfonic acid (13C4-PFOS)5.5710503.080.0
PeakstR (min)Conc.
(ng/mL)
Precursor IonProduct Ion
13.Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)5.5810498.980.0
14.9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanone-1-sulfonic acid (9Cl-PF3ONS)5.885530.8350.7
15.Perfluoro-n-[1,2-13C2]decanoic acid (13C2-PFDA)6.085514.9469.9
16.Perfluorodecanoic acid (PFDA)6.085512.9469.0
17.N-deuteriomethylperfluoro-1-octanesulfonamidoacetic acid (d3-NMeFOSAA)6.2810572.9418.8
18.N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NMeFOSAA)6.3010569.8418.8
19.N-deuterioethylperfluoro-1-octanesulfonamidoacetic acid (d5-NEtFOSAA)6.5110588.9418.8
20.N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (NEtFOSAA)6.5210583.8418.8
21.Perfluoroundecanoic acid (PFUnA)6.555562.9518.8
22.11-chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid (11Cl-PF3OUdS)6.775630.7451.0
23.Perfluorododecanoic acid (PFDoA)6.955612.7568.9
24.Perfluorotridecanoic acid (PFTrDA)7.305662.7618.8
25.Perfluorotetradecanoic acid (PFTA)7.605712.7668.7
ColumnRaptor C18 (cat.# 9304A52)
Dimensions:50 mm x 2.1 mm ID
Particle Size:2.7 µm
Pore Size:90 Å
Temp.:40 °C
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
Time (min)Flow (mL/min)%A%B
0.000.47030
8.000.41090
8.010.47030
10.00.47030
DetectorMS/MS
Ion Mode:ESI-
Mode:MRM
InstrumentHPLC

Lorsque les PFAS en C8 ont été interdits, d’autres composés avec des chaînes alkyles plus courtes ont été adoptés dans le commerce. Et comme la liste des PFAS à surveiller s’allonge, les composés présentant des chaînes inférieures à 4 atomes de carbone (chaînes ultra courtes en C2 et C3) attirent désormais davantage l’attention. L’influence de la tête polaire de ces composés augmente à mesure que la longueur de la chaîne carbonée diminue, ce qui a pour conséquence de diminuer la rétention sur une colonne C18 dont le mécanisme de rétention principal est basé sur les interactions hydrophobes.

Pour les composés PFAS en C3 comme l’acide perfluoropropanoïque (PFPrA) et l’acide perfluoropropane sulfonique (PFPrS), la phase C18 peut tout de même être utilisée en choisissant une colonne aux dimensions appropriées. Dans la figure 2, par exemple, une colonne Raptor C18 de 100 x 3 mm offre d’excellentes performances, séparant les PFAS à chaîne ultra courte lors d'une analyse rapide de 11 minutes.

Figure 2 : La phase stationnaire Raptor C18 sépare efficacement les PFAS à chaîne courte mais les dimensions de la colonne doivent être augmentées afin de garantir une rétention adéquate.

LC_EV0555
PeakstR (min)Conc.
(ng/L)
Precursor IonProduct Ion
1.Perfluoropropanoic acid (PFPrA)2.7480162.9119.0
2.Perfluorobutanoic acid (PFBA)4.6980212.8169.0
3.Perfluoropropanesulfonic acid (PFPrS)5.1380248.879.6
4.Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS)6.1480298.879.9
5.Perfluoro-n-[1,2-13C2]hexanoic acid (13C2-PFHxA)6.7550314.9270.0
6.Hexafluoropropylene oxide-dimer acid (HFPO-DA)6.9280285.0168.9
PeakstR (min)Conc.
(ng/L)
Precursor IonProduct Ion
7.Ammonium 4,8-dioxa-3H-perfluorononanoate (ADONA)7.3380376.9250.7
8.Perfluorooctanoic acid (PFOA)7.7080413.1368.9
9.Perfluoro-[1,2-13C2]octanoic acid (13C2-PFOA)7.7050415.0370.0
10.Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)8.0180498.880.0
11.Perfluoro-[1,2,3,4-13C4]octanesulfonic acid (13C4-PFOS)8.0150503.080.0
12.9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (9Cl-PF3ONS)8.1580530.8350.7
13.11-Chloroeicosafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (11Cl-PF3OUdS)8.6180630.7451.0
ColumnRaptor C18 (cat.# 9304A1E)
Dimensions:100 mm x 3 mm ID
Particle Size:2.7 µm
Pore Size:90 Å
Temp.:40 °C
Sample
Conc.:80 ppt
Inj. Vol.:10 µL
Mobile Phase
A:Water, 5 mM ammonium acetate
B:Methanol
Time (min)Flow (mL/min)%A%B
0.000.258020
7.000.25595
9.000.25595
9.010.258020
11.00.258020
DetectorMS/MS
Ion Mode:ESI-
Mode:MRM
InstrumentUHPLC
NotesA PFAS delay column (cat.# 27854) was installed between the pump mixer and the injector.

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.

Si les PFAS en C2 (comme par exemple l’acide trifluoroacétique) finissent par figurer sur la liste de composés sous surveillance, le choix d'une chimie de phase alternative, ciblant le groupement polaire de la molécule, sera probablement nécessaire. Passer d'une colonne C18 avec ses interactions principales hydrophobes à une colonne Raptor Polar X - dont la chimie de phase stationnaire permet de travailler à la fois en mode HILIC et/ou en mode Échange Ionique - permettra de retenir ces PFAS à chaînes ultra-courtes. En plus de ces PFAS à chaînes ultra-courtes, la colonne Raptor Polar X est également capable de retenir et séparer les PFAS à chaînes courtes, les PFAS déjà sous surveillance ou encore les PFAS dits "alternatifs", et ce, dans la même analyse chromatographique, fournissant donc une méthode d'analyse unique et complète pour tous les différents PFAS existants, comme le montre la figure 3.

Figure 3 : Les colonnes Raptor Polar X utilisent plusieurs modes de rétention, ce qui font d’elles le meilleur choix pour l’analyse sur une seule et même méthode des PFAS à chaînes ultra-courtes, des PFAS sous surveillance et des PFAS alternatifs.

LC_EV0569
PeakstR (min)Conc.
(ng/L)
Precursor IonProduct Ion
1.11-Chloroeicosafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (11CL-PF3OUdS)1.25400630.78450.80
2.9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonate (9Cl-PF3ONS)1.34400530.78350.85
3.Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)1.38400498.8479.97
4.Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS)1.49400398.9079.97
5.Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS)1.64400298.9779.97
6.Perfluoropropanesulfonic acid (PFPrS)1.73400248.9779.98
7.Perfluoroethanesulfonic acid (PFEtS)1.86400198.9879.92
PeakstR (min)Conc.
(ng/L)
Precursor IonProduct Ion
8.Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA)2.06400284.97168.92
9.Perfluorooctanoic acid (PFOA)2.11400412.90368.91
10.Ammonium 4,8-dioxa-3H-perfluorononanoate (ADONA)2.15400376.90250.93
11.Perfluorohexanoic acid (PFHxA)2.36400312.97268.90
12.Perfluorobutanoic acid (PFBA)2.76400212.97168.97
13.Perfluoropropionic acid (PFPrA)3.06400163.03119.01
14.Trifluoroacetic acid (TFA)3.77400113.0369.01
ColumnRaptor Polar X (cat.# 9311A52)
Dimensions:50 mm x 2.1 mm ID
Particle Size:2.7 µm
Temp.:40 °C
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
Time (min)Flow (mL/min)%A%B
0.000.51585
8.000.51585
DetectorMS/MS
Ion Mode:ESI-
Mode:MRM
InstrumentUHPLC
Notes

Choix de la taille et du type de particules

En plus de la chimie de la phase et des dimensions de la colonne, il faut également choisir la taille et le type de particules. Les particules de silice superficiellement poreuses (« SPP ») de 2,7 μm de nos colonnes Raptor représentent l’option la plus polyvalente. Les colonnes LC pour l'analyse des PFAS fabriquées avec ces particules donnent une efficacité comparable aux particules entièrement poreuses (FPP) mais sans la haute pression associée. Ainsi, les laboratoires utilisant des instruments UHPLC ou HPLC peuvent chacun obtenir des analyses rapides et efficaces.

Toutefois, les effets de la taille et du type de particules seront plus ou moins prononcés selon la configuration de l’instrument LC. Par exemple, les laboratoires qui ont l’habitude de travailler sur des instruments HPLC traditionnels avec des colonnes FPP de 5 μm peuvent être surpris par l’amélioration apportée par les colonnes SPP, et ce, indépendamment de la taille des particules. Avec les colonnes SPP, vous pourrez améliorer l'efficacité de votre méthode et la forme de vos pics, tout en travaillant dans la gamme de pression de la plupart des instruments HPLC. Des analyses plus rapides obtenues avec le même équipement intéresseront tous les laboratoires cherchant à augmenter leur productivité sans avoir à investir dans un instrument UHPLC.

Pour les laboratoires qui utilisent déjà des instruments UHPLC, la différence liée au choix de la taille des particules est moins flagrante en termes d’efficacité et de rapidité d’analyse, surtout pour les colonnes SPP. La figure 4 illustre les effets de la taille des particules en utilisant trois colonnes SPP Raptor et un panel de PFAS sur un système UHPLC. Bien que les pics soient plus fins avec des particules de 1,8 μm, comme dicté par les principes généraux de la chromatographie, la différence d’efficacité observée entre les colonnes de 5 μm et celles de 1,8 μm n'était pas significative. En revanche, pour obtenir ces résultats très similaires, les contrepressions générées présentaient, elles, des différences significatives - les colonnes de 5 et 2,7 μm générant des pressions de travail se situant dans la plage de pression des instruments HPLC traditionnels. L’utilisation de ces particules pour l'analyse des PFAS en LC permet d’obtenir des performances similaires à l'UHPLC, sans la pression qui va habituellement avec.

Figure 4 : Pour les colonnes SPP, on peut obtenir des performances chromatographiques similaires avec différentes tailles de particules, mais les colonnes contenant des particules de 2,7 ou 5 μm maintiennent la contre-pression dans les limites des systèmes HPLC traditionnels. (Toutes les colonnes mesurent 50 mm x 2,1 mm.)

1.8 µm Raptor C18
6500–8000 psi
View peak list and conditions

LC_EV0540

2.7 µm Raptor C18
4000–5500 psi
View peak list and conditions

LC_EV0551

 

5 µm Raptor C18
2000–3500 psi
View peak list and conditions

LC_EV0541

Pour obtenir une efficacité maximale (qui se traduit souvent par des analyses rapides) tout en maintenant une contre-pression aussi faible que possible, les colonnes LC contenant des particules SPP gagnent haut la main pour l'analyse des PFAS. Cependant, les laboratoires qui utilisent des colonnes FPP depuis longtemps préfèreront souvent continuer de les utiliser. Heureusement, il est également possible d’utiliser une colonne FPP pour analyser les PFAS. La surface spécifique et la teneur en carbone plus élevées des colonnes FPP, comme les colonnes Force C18, offriront une meilleure rétention que les colonnes SPP (Raptor C18) de taille de particules équivalente (Figure 5).

Figure 5 : Si le choix se porte sur les colonnes FPP, les colonnes Force C18 offrent également des séparations efficaces pour l’analyse des PFAS. (Toutes les colonnes mesurent 50 mm x 2,1 mm.)

1.8 µm Raptor C18
6500–8000 psi
View peak list and conditions

LC_EV0540

 

1.8 µm Force C18
7550–9250 psi
View peak list and conditions

LC_EV0552

Conclusion

Pour l’analyse des PFAS en LC, les colonnes SPP Raptor de 2,7 μm représentent le meilleur choix car elles offrent une excellente résolution et des analyses rapides, tout en étant compatibles avec n'importe quel instrument UHPLC et HPLC. Le choix de la phase stationnaire dépend des PFAS à analyser et une colonne Raptor C18 est un excellent choix pour les PFAS jusqu'en C3. Pour une analyse plus complète, c'est-à-dire en y ajoutant les PFAS à chaînes ultra-courtes (C2-C3) ainsi que les PFAS alternatifs, alors une colonne Raptor Polar X sera le meilleur choix.

Notez que pour l'analyse à l'état de traces avec une colonne Raptor C18, on pourra atténuer les faux positifs ou les réponses trop élevées par l'ajout d'une "colonne-retard" PFAS. L'utilisation d'une "colonne-retard" PFAS éliminera la possible contamination par des PFAS provenant de l'instrument, lesquels peuvent coéluer avec les composés présents dans l’échantillon et donc provoquer des faux positifs ou des augmentationsde signal. Pour en savoir plus sur ce produit et sur son utilisation, veuillez consulter cet article.

 

EVAR3069B-FR

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