Wykrywanie PFAS – jak badać próbki pod kątem obecności PFAS?

PFAS to grupa tysięcy substancji chemicznych wytwarzanych przez człowieka, które są na szeroką skalę stosowane w bardzo wielu dostępnych na rynku produktach konsumenckich oraz przemysłowych. Z uwagi na swoje właściwości fizykochemiczne, czyli obecność niezwykle silnego wiązania węgiel-fluor, substancje zaliczane do PFAS ulegają rozkładowi niezwykle wolno (w ekstremalnych przypadkach wcale), dlatego są określane jako „wieczne chemikalia”. Są one sukcesywnie kumulowane w środowisku naturalnym (gleba, woda, atmosfera), a w konsekwencji także pośrednio w organizmach roślin, zwierząt i ludzi.

Jak wykazują prowadzone od wielu lat badania naukowe, przynajmniej część związków PFAS stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia – kumulacja PFAS w organizmie może osłabiać układ odpornościowy oraz powodować problemy z gospodarką hormonalną, płodnością czy uszkodzenia wątroby, a wiele z tych związków wykazuje także działanie kancerogenne. Z tego powodu w coraz większej liczbie krajów wprowadzane są restrykcje co do dopuszczalnej zawartości PFAS w wodzie (szczególnie powierzchniowej, gruntowej i pitnej), a skuteczne wykrywanie obecności PFAS w pobranych próbkach ma kluczowe znaczenie dla działań podejmowanych w kierunku redukcji zagrożenia stwarzanego przez „wieczne chemikalia”.

Główne problemy związane z wykrywaniem obecności PFAS

Pomimo powszechnego występowania związków PFAS w powietrzu, glebie, wodzie (zarówno pitnej, jak i użytkowej oraz ściekach), a także w roślinach, zwierzętach i żywności, precyzyjny pomiar poziomu poszczególnych substancji PFAS niejednokrotnie przysparza problemów. Wynika to w głównej mierze z bardzo niskiego progu pomiarowego (liczonego w ppt, częściach na bilion), ale także z szeregu innych uwarunkowań. Zasadniczymi przyczynami problemów z prawidłowym wykrywaniem PFAS w próbkach są przede wszystkim:

• czułość/dokładność pomiaru – wykrywanie relatywnie wyższych stężeń dobrze znanych i najczęściej weryfikowanych substancji PFAS w próbkach zazwyczaj nie stanowi kłopotu, jednak w przypadku związków PFAS względnie nowych (tzn. istniejących od niedawna) ich prawidłowa identyfikacja oraz precyzyjne oznaczenie ilości w próbce zwykle wymaga wykorzystania nowoczesnego sprzętu laboratoryjnego i zastosowania bardzo czułych metod analitycznych;
• selektywność pomiaru – z uwagi na to, że zidentyfikowanych substancji PFAS istnieje obecnie ponad 4700, identyfikacja konkretnego związku w próbce zawierającej wiele różnych PFAS o nieco innych właściwościach chemicznych może sprawiać trudności, tym bardziej, że obecność niektórych związków PFAS może wpływać na dokładność uzyskanych wyników;
• koszty analizy – w wielu przypadkach sprzęt wykorzystywany do analiz laboratoryjnych pod kątem PFAS jest drogi, a jego obsługa wymaga wysoko wykwalifikowanego personelu. Dodatkowym utrudnieniem w kontekście kosztów jest także fakt, że przeprowadzenie precyzyjnych analiz z użyciem wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC) i spektrometrii masowej (MS) jest dość czasochłonne.

Co w tym kontekście istotne, z uwagi na obowiązujące obecnie i wprowadzane z roku na rok coraz bardziej rygorystyczne obostrzenia w zakresie dopuszczalnych poziomów PFAS, dochodzi do sytuacji, gdzie dobrze znane i łatwo wykrywalne „wieczne chemikalia” są eliminowane bądź są pod kontrolą, natomiast na ich miejsce pojawiają się nowe związki z tej grupy, o nieznanym jeszcze wpływie na środowisko oraz organizm człowieka.

Prawidłowy pobór próbek do badań na obecność PFAS – na co zwrócić uwagę?

Do zasadniczych konsekwencji bardzo szerokiego rozpowszechnienia związków PFAS we wszystkich dziedzinach życia i działalności człowieka zaliczają się potencjalne trudności w pozyskaniu próbek do badań bez zanieczyszczania ich innymi (zewnętrznymi w stosunku do próbek) związkami PFAS. Z tego względu opracowano szereg wytycznych, zaleceń oraz najlepszych praktyk, jakie powinno się stosować podczas pobierania próbek pod kątem wykrywania „wiecznych chemikaliów”. Opisujemy je poniżej w oparciu o wytyczne stworzone przez amerykańską firmę Teledyne ISCO, niekwestionowanego lidera w zakresie produkcji systemów i urządzeń do poboru próbek wody i ścieków.

Odpowiedni dobór wyposażenia na czas poboru próbek

Co do zasady pobór próbek pod kątem obecności PFAS wymaga szczególnej ostrożności ze względu na wszechobecność różnego typu „wiecznych chemikaliów” w szeroko rozumianym środowisku. Dotyczy to nie tylko samego miejsca poboru próbek, ale także:

• wyposażenia i materiałów znajdujących się w bezpośrednim sąsiedztwie miejsca poboru,
• sprzętu wykorzystywanego do pobierania próbek,
• ubrań personelu terenowego (w tym rękawiczek),
• urządzeń, narzędzi, sprzętu i innego wyposażenia niemających bezpośredniego kontaktu z próbkami, ale mogących zawierać PFAS na powierzchni (jak np. notesy, odbiorniki GPS, opakowania na żywność itp.).

Do materiałów zatwierdzonych jako bezpieczne i niezawierające PFAS, zaliczane są m.in.:

• stal nierdzewna
• HDPE
• winyl
• silikon
• polipropylen (PP)
• naturalny lód wytworzony ze zweryfikowanej wody wolnej od PFAS

Stacjonarne automaty do poboru prób wody i ścieków 5800 firmy TELEDYNE ISCO

Potencjalne źródła zanieczyszczenia próbek

Zgodnie z powszechnie przyjmowanymi standardami dotyczącymi poboru próbek wody i ścieków na potrzeby oznaczenia poziomu PFAS, należy bezwzględnie unikać wykorzystania następujących materiałów:

• LDPE (wyjątkiem jest LDPE zweryfikowane jako wolne od PFAS)
• szkło (za wyjątkiem szkła zweryfikowanego jako wolne od PFAS, ale nawet w tym przypadku należy unikać dłuższego przechowywania próbek w szkle ze względu na możliwość adsorpcji PFAS znajdujących się w próbce przez ściany pojemnika i tym samym zafałszowanie wyniku pomiaru)
• teflon i jego pochodne
• materiały zawierające dowolny fluoropolimer
• ubrania, obuwie i materiały zawierające Gore-Tex lub inne syntetyczne materiały wodo- lub plamoodporne
• ubrania wyprane z użyciem dowolnego środka zmiękczającego tkaniny
• środki higieny osobistej (mydła i kosmetyki, w tym szampony, środki odstraszające owady, filtry UV, balsamy nawilżające, niektóre pasty do zębów)
• folia aluminiowa
• pojemniki na żywność i pakowana żywność

Najważniejsze metody analityczne stosowane w wykrywaniu obecności PFAS

Wykrywanie PFAS w warunkach laboratoryjnych nie stanowi obecnie większego problemu, natomiast detekcja i analiza terenowa „wiecznych chemikaliów” napotyka na pewne ograniczenia i trudności związane z charakterystyką PFAS. Są to związki nieposiadające chromoforów czy grup elektroaktywnych, stąd nie wykazują aktywności optycznej ani elektrochemicznej. Z tego względu do ich bezpośredniego pomiaru w warunkach terenowych nie da się zastosować typowych technik spektroskopowych lub bazujących na elektrochemii, trwają jednak prace nad opracowaniem niskokosztowych sposobów weryfikacji obecności PFAS w terenie przy użyciu spektroskopowych i elektrochemicznych metod pośrednich.

Metody konwencjonalne

Typowe, najbardziej powszechnie wykorzystywane metody wykrywania PFAS to:

• wysokosprawna chromatografia cieczowa (HPLC) w połączeniu ze spektrometrią mas (MS) – najbardziej popularna metoda pomiaru ilości PFAS, o wysokiej precyzji, zapewnia możliwość wykrycia szerokiej gamy „wiecznych chemikaliów” o relatywnie niskim stężeniu. Do wad metody należą: czasochłonność, wysokie koszty oraz konieczność przeprowadzania analizy w warunkach laboratoryjnych.
• chromatografia gazowa (GC) w połączeniu ze spektrometrią mas (MS) – metoda wykorzystywana w przypadku konieczności pomiaru ilości niektórych typów PFAS o charakterze obojętnym i lotnym. Główne wady tej metody są analogiczne, jak w metodzie HPLC-MS/MS, tzn. czasochłonność, dość wysokie koszty oraz konieczność wykonywania analizy w laboratorium.

Metody niekonwencjonalne

O ile metody konwencjonalne sprawdzają się dobrze w warunkach laboratoryjnych, istnieje również coraz większa potrzeba dokonania pomiaru i weryfikacji zawartości PFAS w trakcie badań terenowych. W tego rodzaju zastosowaniach prowadzone są prace nad różnymi innowacyjnymi technikami pomiaru, jak np. biosensory wykorzystujące elementy biologiczne (m.in. enzymy oraz przeciwciała) w celu rozpoznawania konkretnych związków PFAS. Prowadzone są również prace nad zastosowaniem zaawansowanych metod spektrometrycznym, jak choćby spektrometria masowa wysokiej rozdzielczości czy spektrometria tandemowa. Pozwalają one wykrywać i oznaczać ilość znacznie większej liczby PFAS dla stężeń praktycznie niedostępnych dla metod konwencjonalnych.

Reprezentatywny pobór prób pod kątem obecności PFAS – automaty do poboru prób ścieków i wód powierzchniowych firmy Teledyne ISCO

Teledyne ISCO to renomowany producent nowoczesnych samplerów do poboru próbek wody i ścieków zgodnie z najbardziej rygorystycznymi wymogami w tym zakresie. Dostępne w naszej ofercie modele obejmują zarówno modele przeznaczone do zastosowań podstawowych (pobór zbiorczej próby proporcjonalnie do czasu lub przepływu) aż po zaawansowane technologicznie samplery, umożliwiające wszechstronny monitoring wody i ścieków.

Aby zapewnić możliwie jak najwyższą reprezentatywność i powtarzalność pobieranych prób, wszystkie automaty do poboru firmy Teledyne posiadają stopień szczelności kontrolera na poziomie IP 67 i są wyposażone w ultradźwiękowy, bezkontaktowy czujnik detekcji cieczy oraz wysokowydajną pompę perystaltyczną odporną na korozję. Samplery Teledyne ISCO zostały również przystosowane do mocowania w studniach kanalizacyjnych, a w razie potrzeby konfiguracja butelek może zostać dobrana do danej aplikacji.

Przenośne automaty do poboru prób ścieków i wód powierzchniowych 6712FS

Podsumowanie

Dzięki postępowi technicznemu, jaki dokonał się na przestrzeni ostatnich lat, skuteczna detekcja i precyzyjne oznaczanie ilości „wiecznych chemikaliów” w próbkach środowiskowych stają się coraz łatwiejsze. Istotną rolę pełnią w tym zakresie przenośne automaty do poboru prób wody i ścieków firmy Teledyne, dzięki którym możliwe jest zarówno pobieranie reprezentatywnych prób pod kątem obecności PFAS w warunkach terenowych, jak i regularne monitorowanie zmian w zakresie występowania, przemieszczania się w środowisku oraz miejsc gromadzenia się tych związków. To z kolei pozwala skuteczniej wdrażać działania mające na celu redukcję obecności PFAS w środowisku naturalnym.

W razie pytań bądź chęci uzyskania dodatkowych informacji na temat automatów do poboru próbek wody i ścieków firmy Teledyne ISCO, zapraszamy do kontaktu z naszymi specjalistami.