ASAN 1401 Bestimmung von PBDE mit SPE-DEX

AS-Applikationsnote
ASAN 1401
Polybromierte Diphenylether und Polybromierte Diphenyle
aus der Gesamtprobe mittels SPE-DEX®
Einführung
Polybromierte Diphenylether (PBDE) und Polybromierte
Diphenyle (PBE) wurden seit den 60iger Jahren vielfach
eingesetzt. Sie dienen als Flammschutzmittel und wurden in
Kunststoffen/ Textilien und elektronischen Bauteilen
verwendet. Aufgrund der geringen Wasserlöslichkeit und
dem geringen Dampfdruck wurde die Emission in die Luft
oder die Auslaugung in Wasser vernachlässigt. PBDEs
werden in drei unterschiedlichen technischen Gemischen
hergestellt. Je geringer die Bromierung ausfällt, desto höher
wird die Toxizität eingestuft. Über bessere analytische
Messverfahren konnte der Nachweis dieser Analyten
deutlich gesenkt werden. Aufmerksam wurde man durch
steigende positiv-Befunde in Vögeln und Fischen. Außerdem
wurden PBDEs in Muttermilch festgestellt.
Nach ausführlichen Risikobewertungen sind PentaBDE und OctaBDE verboten. Ebenfalls ist die in Verkehrsbringung von PBEs aus Elektro- und Elektronikgeräten seit 2006 verboten. Beide Stoffgruppen gelten als
karzinogene Substanzen. Weitere Risiken sind bekannt, jedoch noch nicht bestätigt. Ähnlich der
Polychlorierten Biphenyle (PCB) reichern sich diese Substanzen in Fetten an und sind nicht biologisch
abbaubar.
Für die Untersuchung von Feststoffen sind bereits Normen und Messverfahren erarbeitet. Für die
Untersuchung von Gesamtwasserproben, muss diese Arbeit erst noch abgeschlossen werden. Dem
Einführungsbeitrag der Normentwurf 16694:2014-01 ist zu entnehmen, dass die Untersuchung der
Gesamtprobe auf PBDE entscheidend ist. Die Analyten sind bis zu 90% an Schwebstoffen gebunden. Der
Normentwurf nutzt das Verfahren der Festphasenextraktion und sieht die Limitierung im Schwebstoffanteil
von bis zu 500 mg/l.
Bei der Verwendung eines SPE-DEX® 4790 Systems können die möglichen Schwebstoff-/Feststoffanteile
deutlich größer sein, ohne Probleme in der Extraktion zu erwarten. Die Anreicherung der Analyten erfolgt
auf einer Disk. Bei hohen Feststoffanteilen aus der Probe können verschiedene Vorfilter oberhalb der Disk
eingesetzt werden. Diese Vorfilter werden ebenfalls mit allen Lösemitteln benetzt, die für die Analyse
erforderlich sind. Das System der Firma Horizon Technology ist so konzipiert, dass das Wasser direkt aus
der originalen Probenflasche (alles außer NS Schliff möglich) vorbereitet wird. Die Probenflasche wird
kopfüber auf einem Ventil angebracht. Nach der automatischen Konditionierung der Disk wird die Probe
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zur Anreicherung über die Disk gegeben. Zwei Thermofühler verhindern das Überlaufen der Disk. Nach den
optionalen Waschschritten kann die Disk über Vakuum getrocknet werden. Zum Eluieren wird das
Elutionsmittel mit 40 psi (2,8 bar) Druck in die Flasche versprüht. Auf diese Weise werden die höchsten
Wiederfindungen generiert.
Die hier beschriebene Applikation wurde von Horizon Technology in Kooperation mit der italienischen Firma
Istituto de Ricerca Sulle Acque (IRSA) entwickelt.
Zum einen werden die allgemeinen Wiederfindungen nachgewiesen, zusätzlich wird der Einfluss von
Vorfiltern ermittelt.
Geräteaufbau
Zur automatisierten SPE Probenvorbereitung wurde ein SPE-DEX® 4790 verwendet. Ein Controller kann bis
zu acht Einheiten steuern. Die Software wird Browserunterstützt mittels LAN angesprochen. Die Lösemittel
zur Konditionierung, zum Waschen der Probe/des Filters und zum Eluieren können ebenfalls für acht
Einheiten verwendet werden. Zum Konditionieren stehen fünf Lösemittelplätze zur Auswahl. Für jeden
Lösemittelplatz kann eine unterschiedliche Methode angewendet werden. Bei der Verwendung mehrerer
System, kann jeder einzelne SPE-DEX® 4790 unabhängig gesteuert werden.
Als Disk kam die Atlantic™ C18 zum Einsatz. Aufgefangen wurde das Eluat in einem 40 ml VOA Glasgefäß.
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Step
Lösemittel
Soak Time
Dry Time
Prewet 1
Hexane
1:00 min
1:30 min
Prewet 2
MeOH
1:00 min
1:30 min
Prewet 3
Prewet 4
Reagent
1:00 min
water
Reagent
30 s
water
Process Sample
5s
Rinse 1
Methanol
1:30 min
1:00 min
Rinse 2
Hexane
1:00 min
1:00 min
Rinse 3
Hexane
1:30 min
1:00 min
Rinse 4
Hexane
1:30 min
2:00 min
5s
Air Dry 5:00 min
Tabelle 1: SPE-DEX Methode
Für den Analyten BDE-209 wurde ein Thermo Trace GC mit FID verwendet. Ein GC-MS/MS von Thermo,
ausgestattet mit einer PolarisQ Ion Trap, einem Thermo GC und inkludierten PTV Injektor, wurde für die
Quantifizierung der PBDEs verwendet.
Tabellen 2: GC/MS Parameter
Splitless Time
Transfer Temp.
Ion Source Temp.
Constant Pressure
Carrier Gas
Transfer Flow Rate
Damping Gas Flow
Injection Amount
120 s
280 C
250 C
25.0 psi
He @ 1 mL/min
1,6 mL/min
1 mL/min
2 uL
Oven Program
Initial Temp
120
Initial Time
1
Level
Ramp Temp.
(C/min)
(C)
1
30
230
2
4
280
Injector Program
Ramp
Temp.
(C/min)
(C)
14
280
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C
min
Hold
(min)
0,1
22
Hold
(min)
2
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Messparameter und Ergebnisse
In der ersten Versuchsreihe wurden die Reproduzierbarkeit und die Wiederfindung ermittelt. Dazu
werden vier Proben mit 1,1 ng gelabelten Standards dotiert und in Doppelbestimmung über zwei Systeme
extrahiert. Um die Widerfindung berechnen zu können, wird ebenfalls 1,1 ng Standard in 1 ml Hexan
vermessen. Dieser Standard gilt als Bezugsgröße für die Berechnung.
Compound
Sample 1 Sample 2 Sample 3 Sample 4 Average SD± RSD%
87,9
87,2
77,4
85,6
5,7
84,5
4,8
PBDE-28
99,0
95,0
87,5
102,8
6,8
96,1
6,5
PBDE-47
92,5
89,7
84,2
104,4
9,2
92,7
8,5
PBDE-100
87,9
95,2
101,9
110,8
9,9
99,0
9,8
PBDE-99
101,8
85,3
91,0
109,3
96,9
10,8 11,1
PBDE-154
87,4
89,4
88,7
118,3
96,0
14,9 15,6
PBDE-153
80,3
75,6
76,1
73,9
3,6
76,5
2,7
PBDE-209 (by ECD)
13
84,0
74,2
98,7
80,6
Mass labeled C12 PBDE-28
84,4
10,4 12,3
13
113,1
98,9
121,6
119,6
9
Mass labeled C12 PBDE-47
113,3 10,3
Mass labeled
13
C12 PBDE-99
104,4
94,8
122,8
106,1
107,0
11,6
10,9
90,4
87,6
94,8
111,5
96,1
10,7
11,2
90,3
86,9
88,6
116,0
95,5
13,8
14,4
13
Mass labeled C12 PBDE154
13
Mass labeled C12 PBDE153
Tabelle 3: Ergebnisse der Wiederfindung
Im zweiten Versuchsaufbau wird eine Probe mit einem hohen Sedimentanteil vorbereitet. Eine Probe wird
ausschließlich über die Disk vorbereitet. Je nach Feststoffanteil in der Probe, wird die Disk blockiert. Eine
Anreicherung der Probe und das anschließende Eluieren dauern demnach sehr lange. Der Geräteaufbau
eines SPE-DEX® Systems erlaubt es, zusätzliche Vorfilter mit unterschiedlichen Porengrößen zu verwenden.
Die Extraktion läuft deutlich schneller, jedoch genau so effizient.
Sample 1 Recovery Sample 2 Without
With 2 Pre-filters
Pre-filter or
and Screen
Screen
Compound
Mass labeled
13
C12 PBDE-28
Mass labeled
13
C12 PBDE-47
76,8
70
Mass labeled
13
C12 PBDE-99
104,5
93,4
Mass labeled
13
C12 PBDE-154
111,9
102,7
13
Mass labeled C12 PBDE-153
Time to Process (mm:ss)
44,2
52,8
112
101,1
43:21:00
95:00:00
Tabelle 4: Ergebnisse der WF und Extraktionszeit einer sedimenthaltigen Wasserprobe
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Bewertung der Ergebnisse
Beide Versuche zeigen eine gute Wiederholbarkeit der Ergebnisse über das Gesamtverfahren wie auch eine
gute Wiederfindung.
Die geringe Wiederfindung im Versuch 2. des PBDE 47 liegt in der hohen Adsorption an den Feststoffpartikeln. Eine Erhöhung der Elutionsschritte könnte hilfreich sein. Die Ergebnisse der weiteren PBDEs sind
hervorragend.
Die Verwendung von Vorfiltern zeigt keinen Einfluss auf die Wiederfindung. Ein entscheidender Vorteil
durch die Vorfilter liegt in der deutlich schnelleren Extraktionszeit. Im Vergleich dauerte die Extraktion ohne
Vorfilter 95 min, mit den entsprechenden Filtern lediglich 43 min.
Durch die einfache Bauweise der Systeme von Horizon, können die Proben direkt aus der Probenflasche
auf die Disk gegeben werden. Eine Förderung über Pumpen, Ventile und Schläuche fällt nicht an. Dies
eliminiert die Gefahr von Verstopfungen und bedeutet einen deutlich geringeren Wartungsaufwand.
Ebenfalls ergibt sich aus diesem Geräteaufbau ein deutlich minimiertes Verschleppungsrisiko.
Grundwasser, Oberflächenwasser, Abwasser usw. können mit derselben Effizienz bearbeitet werden. Die
Frage, welche Probenart zuverlässig bearbeitet werden kann, stellt sich dem Benutzer nicht.
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