Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 2, 2020 og kan læses uden illustrationer, strukturer og ligninger herunder.
Analyser af PAH’er i overfladevand i København og omegn viser, at det er muligt at lave repeterbare resultater med fuldt automatiseret væske-væske-ekstraktion.
Af Mátyás Ripszam, MSCi ApS, oversat af Jens Glastrup, MSCi ApS
Analyse af PAH’er (Polycykliske Aromatiske Hydrocarboner) er på verdensplan en af de mest anvendte analyser. Komponenterne fremkommer i mange typer af processer, som for eksempel ufuldstændig/ukontrolleret forbrænding, olieraffinering, eller i forbrændingsmotorer. Duften fra gamle træjernbanesveller er fra creosot, som havde et højt indhold af PAH’er.
Nogle af disse er giftige og/eller kræftfremkaldende, persistente samt bioakkumulerende (vPvB), og er generelt klassificerede som ”Persistant Organic Pollutants” (POP’s). I højere koncentrationer udgør de en risiko for såvel planter som dyr.
I dette projekt har vi testet en fuldt automatiseret væske-væske-ekstraktion og anvendt denne til analyse af PAH’er i overfladevand i København og omegn, figur 1. Metoden udfører prøveforberedelsen samt analysen på mindre end 30 minutter.
Alle prøver er udtaget som triplikat. Prøve 1 blev udtaget fra et vandreservoir langs med Ballerup Boulevard tæt på Vestforbrændingen; prøve 2 blev udtaget fra Sankt Jørgens sø, tæt ved Vesterport; prøve 3 blev udtaget fra Peblinge sø, ved Søpavillonen på Åboulevarden og prøve 4 tæt ved fiskeøen i Sortedamssøen. Desuden blev der fremstillet ”Instrument Blanks” samt fire ”Field Blanks”, som blev medbragt til prøveudtagningsstederne. Hvis de udtagne prøver indeholdt <5x den målte koncentration i Field Blanks, blev komponenten noteret som ikke fundet.
Materialer og metoder
Væske-væske-ekstraktionen blev udført på en Gerstel MPS Robotic Pro, hvorpå der er monteret såvel Vortex mixer som centrifuge.
Manuelt: Prøven blev manuelt filtreret gennem et 0,45 µm filter og herefter blev 7,0 mL overført til et 10 mL specialvial med V-formet bund.
Automatiseret: Til denne prøve blev der tilsat en intern standardmix, som bestod af perdeutereret D8-acenaphthen, D10-fluoren, D10-fluoranthen samt D12-perylen (Supelco). Blandingen blev tilsat til såvel kalibrerings- som vandprøver til en slutkoncentration på 2,10-2,54 ng/L. Til ekstraktionen blev der tilsat 350 µL methylenchlorid samt 25 µL 2-propanol, hvor 2-propanol virker som emulgator for at fremskynde og stabilisere emulgeringen samt ekstraktionen af komponenterne. En ekstraktion, hvor solventet emulgeres ind i en vandfase, kaldes generelt for dispersiv væske-væske mikroekstraktion (Dispersive Liquid-Liquid Micro Extraction, DLLME).
Blandingen blev først vortexet i 15 sekunder ved 1.800 rpm, hvilket viste sig tilstrækkeligt til dannelse af emulsionen samt ekstraktion af komponenterne. Herefter blev prøverne centrifugeret ved 5.000 rpm i fem minutter, hvorefter solventet samledes på bunden af det spidsbundede vial. Herfra blev 2 µL udtaget fra bunden af vial og injiceret på GC.
GC/MS-systemet var et Agilent 7890/5977 GC/MS-system med ”Extractor” Ion source. Injektionen foregik på en S/Sl injektor som en Pulsed Splitless injektion; Splitless: 60 sekunder; Pressure pulse: 35 psi til 60 sekunder. Kolonnen var en J&W DB-5MS UI (30 m, 0,25 mm, 0,25 µ) i Constant flow mode (F = 1,4 mL/min.). Temperaturprogrammeringen af kolonneovnen: Init: 35°C @1,2 min., til 240°C @ 25°C/min., til 305°C @6°C/min., hold 1 minut. Transfer line til MS: 320°C.
MS blev kørt i Selected Ion Monitoring (SIM) mode for at forbedre detektionsgrænsen. Totalt blev der anvendt otte forskellige tidssegmenter, og hver PAH blev kvantiseret på baggrund af ”base peak” ionen. Desuden blev der brugt endnu en ”qualifier” ion til sikring af identifikationen af de enkelte PAH’er, tabel 1. De fleste PAH’er har karakteristiske ionfragmenter, hvilket betyder, at der kun er lille risiko for interferens fra matrix, selv i komplekse prøver. Ionkilden samt selve quadrupolen var begge sat til deres maksimumtemperatur på henholdsvis 250 og 180°C. Dette gav bedre topprofil, specielt for de sent eluerende og højtkogende PAH’er. Til databehandlingen blev anvendt MassHunter 10.0.
Til kalibreringen blev ionbyttet vand tilsat en blanding af de 16 EPA PAH’er. Der blev anvendt en EPA TCL PAH mix i methanol fra Merck fortyndet til en nominel koncentration på 50 µg/L, og de anvendte kalibreringsstandarder lå i koncentrationsniveauer fra 4-400 ng/L. Kalibreringskurverne for fire udvalgte komponenter ses i figur 2.
Resultater
Efter kalibreringen af metoden blev de udtagne prøver (i triplikat) analyseret. Den relative standardafvigelse for de 16 komponenter lå mellem 1,13 til 11,2 procent, hvilket vi anser for acceptabelt. Efter en eventuel subtraktion af baggrund fra blankkørslerne har vi fundet målte koncentrationer i området fra 2-13 ng/L, se i øvrigt figur 3. Koncentrationsmønstret indikerer, at der er et relativt højere niveau af de mindre PAH’er i de københavnske søer, hvorimod vi finder højere koncentrationer af de tungere PAH’er i den analyserede prøve fra overfladevandet i vandreservoiret.
De ovenstående analyser viser, at metoden kan give repeterbare resultater med fuldautomatiseret prøveforberedelse ved analyse af PAH’er i det lave PPT-område på vandige matricer. Metodens følsomhed vil sandsynligvis kunne udvides til det høje PPQ-område ved at anvende large volume injektion (PTV-injektor). Dette vil dog givetvis give anledning til hyppigere linerskifte i injektoren, idet man må forvente forøget kontaminering af injektoren. Metoden kan også forventes anvendt til analyser af for eksempel PCB eller phthalater i samme koncentrationsområde.
E-mail: Jens Glastrup: jens@msconsult.dk
