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Répondre aux exigences de la méthode EPA 537.1 pour l’analyse des PFAS en évitant les contaminations

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Résumé

Les PFAS étant présents partout dans notre environnement, il est indispensable d’éviter toute possible contamination lors du process analytique. Dans cette note d’application, nous démontrons que les cartouches SPE Resprep S-DVB et produits de préparation d’échantillons associés sont exempts de toute contamination, et ce de façon consistante. De plus, l’utilisation d’une colonne-retard permet d’éliminer efficacement toute contamination pouvant provenir de l’instrument. En utilisant la phase SPE et la  procédure présentées ici, les exigences de la méthode EPA 537.1 ont été atteintes de manière fiable, que ce soit en terme de propreté, de précision et de justesse.

Introduction

Les substances per- et polyfluoroalkylées (PFAS) sont de plus en plus recherchées et analysées en raison des préoccupations croissantes concernant l’exposition humaine et leur effets néfastes potentiels sur la santé. Leur nature persistante et leur utilisation répandue dans de nombreuses industries et de nombreux produits, comme les ustensiles de cuisine antiadhésifs, les vêtements imperméables ou encore les emballages alimentaires, en ont fait des contaminants omniprésents dans le monde entier. En conséquence, les demandes d’analyses de PFAS dans les sols, les eaux usées, l’eau potable ou d’autres matrices environnementales, augmentent de jour en jour.

En 2020, l’Agence Américaine de Protection de l’Environnement (U.S. EPA) a publié la révision 2 [1] de sa méthode 537.1 pour l’analyse des PFAS dans l’eau potable. La méthode spécifie que la préparation des échantillons doit être obligatoirement effectuée à l’aide de cartouches SPE à base de styrène-divinylbenzène (S-DVB) et qu’aucun écart et qu’aucune modification de la procédure d’extraction ne sont autorisés. Comme la contamination en PFAS peut provenir des matériaux présents dans le système sur le trajet de l’échantillon et interférer avec la quantification des composés-cibles, les laboratoires doivent démontrer des résultats acceptables en termes de bruit de fond, de précision et justesse, et de robustesse à chaque fois qu’un nouveau lot est utilisé. En plus de cela, l’ajout et l’analyse de blancs et d’échantillons QC sont requis pour garantir une performance analytique continue.

Lors de son analyse, l’échantillon entre en contact avec plusieurs surfaces et substances, chacune de celles-ci pouvant être une source potentielle de contamination ou de rétention de PFAS. On parle ici par exemple des récipients de collecte, des produits chimiques (base Trizma, solvants, phases mobiles, etc.), des pipettes, des produits SPE, des manifolds ou systèmes automatisés, des tubes, des filtres, des flacons et leurs bouchons, ou encore des composants du système LC. Même lorsque l’on prend soin d’éviter les matériaux connus pour relarguer des PFAS, comme le PTFE, ou les matériaux avec lesquels les analytes peuvent interagir, comme le verre, l’utilisation de consommables propres et de haute qualité aidera à éviter les temps d’arrêt machine.

Ici, nous avons suivi la méthode U.S. EPA 537.1 et démontré une analyse sans contamination répondant aux exigences strictes de la méthode. Ces données sont basées sur la méthode 537.1, mais en raison des nombreuses sources potentielles de contamination en PFAS, des tests similaires sont fortement recommandés pour les autres méthodes d’analyse de PFAS [2] afin de déterminer si des PFAS interférents sont présents.

Expérience

Standards pour calibration et échantillons CQ

Les standards utilisés pour la calibration ont été créés à partir de standards analytiques, internes et substitués de PFAS, comme demandé par la méthode EPA 537.1. Huit standards de 0.2 à 50 ppb ont été utilisés pour créer la courbe d’étalonnage, correspondant à 0.8 à 200 ppt dans l’eau potable après préparation d’échantillons (facteur de concentration = 250). Des blancs ("Laboratory Reagent Blanks"/LRB) et des blancs dopés ("Laboratory Fortified Blanks"/LFB) ont été utilisés conformément aux sections 9.2.2-9.2.4 de la méthode EPA 537.1. Les LFB dopés à 40 ppt ont été utilisés pour déterminer la justesse et la précision de la méthode.

Préparation d'échantillons

Pour les échantillons LFB, des standards analytiques et substitués ont été ajoutés à 250 mL d’eau ultrapure à 18.3 MΩ•cm. Les échantillons LFB ont été conservés dans des flacons en polypropylène avant extraction. Les produits utilisés dans cette méthode sont détaillés dans le Tableau I.

Les PFAS ont été extraits à l’aide de cartouches Resprep S-DVB (6 mL, 500 mg), utilisées avec un manifold sous vide Resprep. Les cartouches ont d’abord été conditionnées avec 15 mL de méthanol puis 18 mL d’eau, sans laisser le lit s’assécher. Des réservoirs ont été fixés sur les cartouches SPE à l’aide d’adaptateurs pour éviter l’utilisation de lignes de transfert en PTFE. L’utilisation de réservoirs sur les cartouches, mis en place dans la figure 1, a rendu l’ajout des échantillons plus pratique. La procédure de préparation d’échantillons est décrite en entier ci-dessous et dans la Figure 2.

Un débit d’environ 10 à 15ml/min a été utilisé pour l’extraction, en prenant soin de ne jamais laisser le lit de phase s’assécher pendant toute la durée du procédé d’extraction. Une fois les échantillons déposés et passés à travers les cartouches, nous avons rincé chaque flacon contenant les échantillons avec deux aliquotes de 7.5 ml d’eau. Les aliquotes ont ensuite été utilisées pour rincer les réservoirs sur les cartouches afin de s’assurer qu’aucun PFAS d’intérêt dans l’échantillon n’a été oublié.

Après le dépôt des échantillons et les rinçages, les cartouches ont été séchées avec de l’air. Après ce séchage, des tubes de collecte ont été placés dans le manifold sous les cartouches et deux aliquotes de 4 mL de méthanol ont été passées à travers chaque cartouche SPE puis collectés. Les tubes de collecte ont été sortis du « manifold » et les extraits ont été évaporés à sec, sous azote et à 65°C, pour les concentrer.

Une fois les échantillons à sec, nous avons ajouté 1 mL d’une solution méthanol/eau 96/4 et le standard interne, puis "vortexé" pour s’assurer d’un mélange optimal. Après l’agitation au vortex, des aliquotes de la solution concentrée ont été transférées dans des flacons en polypropylène fermés à l’aide de bouchons en polyéthylène. Les échantillons ont ensuite été analysés sur une chaîne LC-MS/MS équipée d’une colonne de délai (ou colonne-retard, réf. 27854) et d’une colonne LC Raptor C18 (2.1 x 50 mm, 2.7 μm ; réf. 9304A52). Les conditions de la méthode sont décrites dans les Figures 3 et 4.

Figure 1 : Configuration utilisée pour la préparation d’échantillons, avec des réservoirs montés sur les cartouches SPE
Resprep S-DVB elles-mêmes montées sur le manifold sous-vide.

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Figure 2 : Produits (et matériaux) utilisés pour la préparation des échantillons de PFAS préconisée par la méthode 537.1.

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Tableau I : Produits (et matériaux) utilisés pour la préparation des échantillons de PFAS préconisée par la méthode 537.1.

Description

Réf. Restek

Cartouches Resprep SPE S-DVB (6 ml, 500 mg)

28937

Manifold sous vide Resprep (12 ou 24 positions)

28298-VM28299-VM*

Réservoirs (polypropylène)

26015

Connecteurs (polypropylène)

26007

Flacons (polypropylène)

23245

Bouchons (polyéthylène)

23247

*Un manifold à 12 positions a été utilisé pour cette étude mais les deux types de manifolds peuvent être utilisés car les cartouches SPE ne sont jamais en contact direct avec les manifolds
mais seulement avec les liners « Quick-Replace » jetables qui sont utilisés avec ces deux types de manifolds.

Résultats et discussion

La méthode 537.1 pour l’analyse des PFAS dans l’eau potable requiert une démonstration initiale et continue d’un bruit de fond faible provenant de l’instrument ainsi que d’une justesse et une exactitude adéquates pour garantir que l’analyse dans sa globalité, du prélèvement de l’échantillon à son analyse proprement dite, est exempte de contamination, pour être validée. Pour vérifier la propreté de la méthode, des blancs ont été préparés pour trois lots de cartouches SPE Resprep S-DVB différents, selon les recommandations de la méthode. Comme le montre la Figure 3, tous les lots étaient exempts de contamination et aucun des analytes ciblés n’a été détecté, satisfaisant donc le critère de faible bruit de fond requis de la section 9.2.2. Les limites de détection, définies pour chaque composé par un rapport signal/bruit >3, étaient de 0.2 à 5 ppt. Les limites de quantification, définies par un rapport signal/bruit >10, étaient comprises entre 0.5 à 10 ppt pour tous les analytes ciblés.

En plus d’avoir démontré la propreté constante des cartouches Resprep S-DVB sur différents lots, cette expérience a montré qu’aucun contaminant interférent n’a été relargué par les composants utilisés dans le procédé de préparation d’échantillons, composants listés dans le Tableau I (manifold sous-vide, flacons, bouchons, etc.). Les instruments LC peuvent également contribuer à la contamination, mais aucune contamination "instrumentale" n’était présente dans ces analyses car le système LC était raccordé avec des tubes en PEEK ou en acier inoxydable, et une colonne de délai PFAS (ou colonne-retard) était installée. La colonne de délai PFAS est là pour piéger les PFAS interférents pouvant être relargués par le système LC et retarder leur élution juste après l’élution des analytes ciblés. La rétention sur une colonne de délai PFAS est suffisamment forte pour éviter que les contaminants provenant du système ne passent à travers elle sans être retenus et ce même avec des temps d’équilibration longs. [3,4]

 

Figure 3 : Blancs de différents lots ("Laboratory Reagent Blanks"/LRB)
 

Les rendements d’extraction pour la méthode d’analyse des PFAS 537.1 ont été déterminés à l’aide de quatre blancs dopés ("Laboratory Fortified Blanks"/LFB) à 40 ppt. Un chromatogramme représentatif d’un LFB est présenté en Figure 4, montrant que de bonnes efficacité, sélectivité et symétrie de pics ont été obtenues. Pour satisfaire aux critères de rendement de la méthode, les valeurs de précision entre réplicas
LFB doivent avoir un %RSD <20% et les résultats de justesse pour ces mêmes réplicas LFB doivent être compris entre ±30% de la valeur réelle. Les données présentées dans le Tableau II démontrent que les critères de précision et de justesse de la méthode (respectivement Section 9.2.3. et Section 9.2.4. de la méthode 537.1) ont été aisément atteints. Les bons rendements obtenus indiquent également qu’il n’y a pas eu de perte des analytes ciblés due à une possible interaction avec les surfaces rencontrées sur le trajet de l’échantillon à travers le système.

Figure 4: Laboratory Fortified Blank (LFB) at Midrange (40 ppt)
 
Table II: Résultats de précision et de justesse pour la méthode 537.1 – Blancs dopés (LFB) à 40 ppt (n = 4).

Analyte

%RSD*

Mean Recovery**

 Perfluorobutanesulfonic acid (PFBS)

11.9%

91.1%

Perfluorohexanoic acid (PFHxA)

7.96%

99.4%

Hexafluoropropylene oxide dimer acid (HFPO-DA)

6.34%

94.4%

Perfluoroheptanoic acid (PFHpA)

4.19%

92.7%

Perfluorohexanesulfonic acid (PFHxS)

11.9%

89.4%

4,8-Dioxa-3H-perfluorononanoic acid (ADONA)

5.18%

96.6%

Perfluorooctanoic acid (PFOA)

5.21%

91.6%

Perfluorononanoic acid (PFNA)

6.79%

97.2%

Perfluorooctanesulfonic acid (PFOS)

6.78%

87.8%

 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanone-1-sulfonic acid (9Cl-PF3ONS)

8.59%

85.1%

Perfluorodecanoic acid (PFDA)

6.96%

93.6%

N-methyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (N-MeFOSAA)

10.1%

82.8%

N-ethyl perfluorooctanesulfonamidoacetic acid (N-EtFOSAA)

16.5%

106%

Perfluoroundecanoic acid (PFUnA)

2.30%

97.5%

11-Chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid (11Cl-PF3OUdS)

5.47%

87.6%

Perfluorododecanoic acid (PFDoA)

5.73%

99.0%

Perfluorotridecanoic acid (PFTrDA)

12.7%

89.1%

Perfluorotetradecanoic acid (PFTA)

8.90%

89.7%

*%RSD must be <20%.
**Recovery must within ±30% of the true value.

Conclusion

Les données présentées ici démontrent clairement que les cartouches SPE Resprep S-DVB et les autres produits utilisés pour la préparation des échantillons suivant la méthode EPA 537.1 d’analyse des PFAS étaient systématiquement exempts de toute contamination de fond. De plus, l’utilisation d’une colonne de délai PFAS (colonne-retard) a efficacement éliminé toute contamination potentielle provenant du système LC. Sur la base des résultats présentés ici, les consommables utilisés dans cette analyse réduiront la contamination de fond et permettront donc une qualification fiable du système et des analyses et des rapports plus précis et justes.

Références

  1. J. Shoemaker and D. Tettenhorst, U.S. EPA Method 537.1 Rev 2., Method 537.1 Determination of selected per- and polyflourinated alkyl substances in drinking water by solid phase extraction and liquid chromatography/tandem mass spectrometry (LC/MS/MS), 2020. https://cfpub.epa.gov/si/si_public_file_download.cfm?p_download_id=539984&Lab=CESER
  2. Restek Corporation, Product guide for PFAS analysis: a methods-based reference to lab supplies for PFAS testing (EVAR3498-UNV), (2021).
  3. Restek Corporation, Eliminate the impact of instrument-related PFAS interferences by using a delay column, (2019).
  4. Restek, PFAS Analysis – Why a Delay Column is Important, Video.
EVAN3497-FR