Determination of Polychlorinated Biphenyls (PCBs) in Soils and Solid Waste by Accelerated Solvent Extraction and GC-MS/MS

Význam tématu

Polychlorované bifenyly (PCB) patří mezi perzistentní organické znečišťující látky s toxicitou a stabilitou, jež vyžadují spolehlivou analýzu v půdách a tuhých odpadech. Jejich široké praktické využití v minulosti a dlouhá doba rozkladu podtrhují potřebu citlivých a efektivních analytických metod pro monitorování kontaminace.

Cíle a přehled studie

Cílem aplikace je demonstrovat kombinaci akcelerované extrakce s rozpouštědly (ASE) s přímou GC-MS/MS analýzou pro stanovení 32 klíčových PCB kongenerů v půdách a pevném odpadu. Metoda sleduje požadavky U.S. EPA Method 8082A a využívá inline odstranění interferencí během extrakce.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific Dionex ASE 350 Accelerated Solvent Extractor
• Thermo Scientific Rocket Evaporator s Flip-Flop sběrnými nádobami
• Thermo Scientific TRACE 1310 GC s TG-17MS kolónou
• Thermo Scientific TSQ 8000 Triple Quadrupole GC-MS/MS
• Binder ED53 sušicí pec, Sartorius váhy, Fritsch Pulverisette mlýn

Metodika

Vzorky půdy byly vysušeny, rozemlety a sítovány. Do buněk ASE s objemem 34 mL bylo vloženo vrstvení: celulózový filtr, aktivní křemelina, vzorek smíchaný s diatomitou (ASE Prep DE) a opět filtr. Extrakce probíhala při 130 °C s 2 statickými cykly po 9 min. jako rozpouštědlo byl použit hexan. V extraktu byly přítomny surrogate (tetrachloro-m-xylén) a interní standard (decachlorobifenyl). Koncentrace probíhala přímo v GC vialu s toluenem jako držák objemu.
GC separace sledovala program zahájením na 130 °C a postupným rampováním až na 330 °C. Detekce probíhala ve vybrané reakci monitoringu (SRM) v režimu EI, kolizní plyn argon, pro každé PCB definovány kvantifikační a kvalifikační ionty.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda byla validována na půdách napuštěných PCB na úrovních 5, 50 a 200 µg/kg (20 replikátů každá). Průměrné recovery se pohybovaly mezi 95 a 129 % při 5 µg/kg, mezi 82 a 107 % při 50 µg/kg a mezi 88 a 112 % při 200 µg/kg s RSD nižší než 20 %. Výsledky splnily interní QC kritéria i požadavky U.S. EPA Method 8082A. Ve dvou reálných kontaminovaných půdách byly celkové koncentrace 1,18 mg/kg a 0,43 mg/kg, překračující limity pro obytné oblasti (0,06 mg/kg podle italské legislativy).

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení času přípravy (cca 30 min na vzorek) a snížení spotřeby rozpouštědel (<40 mL)
• Integrované odstranění interferencí během extrakce bez následných manuálních čistících kroků
• Automatizace procesu, minimalizace rizika kontaminace a ztráty analytu
• Vysoká selektivita a citlivost GC-MS/MS pro nízké hladiny PCB

Budoucí trendy a možnosti využití

Metoda kombinující ASE s inline clean-up bude nadále rozšiřována o další skupiny perzistentních organických znečišťovadel. Předpokládá se integrace ultra-vysoko-rozlišovací MS pro vystopování neznámých kongenerů, miniaturizace extrakčních systémů a vývoj softwarových nástrojů pro automatizovanou interpretaci dat. Aplikace může být adaptována na sedimenty, potravinové matrice a biota.

Závěr

Popisovaná procedura ASE s v-buněčným cleanupem a následnou GC-MS/MS analýzou poskytuje rychlou, reprodukovatelnou a citlivou metodu pro stanovení PCB v půdách a tuhých odpadech. Významně snižuje čas, náklady a spotřebu rozpouštědel oproti konvenčním technikám a splňuje požadavky legislativních metod.

Reference

1. Ezzell J; Richter B; Francis E. 1996. Selective Extraction of Polychlorinated Biphenyls from Fish Tissue Using Accelerated Solvent Extraction. American Environmental Laboratory. 8(12):12–13.
2. Thermo Fisher Scientific. 1996. Application Note 322 Selective Extraction of PCBs from Fish Tissue Using Accelerated Solvent Extraction ASE. Sunnyvale CA.
3. Thermo Fisher Scientific. 2000. Application Note 342 Determination of PCBs in Large-Volume Fish Tissue Samples Using ASE. Sunnyvale CA.
4. Björklund E; Muller A; von Holst C. 2001. Comparison of Fat Retainers in ASE for the Selective Extraction of PCBs from Fat-Containing Samples. Analytical Chemistry. 73:4050–4053.
5. Sporring S; Björklund E. 2004. Selective Pressurized Liquid Extraction of PCBs from Fat-Containing Food and Feed Samples Influence of Cell Dimensions Solvent Type Temperature and Flush Volume. Journal of Chromatography A. 1040:155–161.
6. Haglund P; Sporring S; Wiberg K; Björklund E. 2007. Shape-Selective Extraction of PCBs and Dioxins from Fish and Fish Oil Using In-Cell Carbon Fractionation PLE. Analytical Chemistry. 79:2945–2951.
7. Thermo Fisher Scientific. 2006. Application Note 356 Determination of Perchlorate in Vegetation Samples Using ASE and Ion Chromatography. Sunnyvale CA.
8. Gentili A; Perret D; Marchese S; Sergi M; Olmi C; Curini R. 2004. Accelerated Solvent Extraction and Confirmatory Analysis of Sulfonamide Residues in Raw Meat and Infant Foods by LC-ESI-MS/MS. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 52:4614–4624.
9. Björklund E; Sporring S; Wiberg K; Haglund P; von Holst C. 2006. New Strategies for Extraction and Clean-Up of Persistent Organic Pollutants from Food and Feed Samples Using Selective PLE. Trends in Analytical Chemistry. 25(4):318–325.
10. Hussen A; Westbom R; Megersa N; Retta N; Mathiasson L; Björklund E. 2006. Optimisation of Pressurized Liquid Extraction for the Determination of p,p’-DDT and p,p’-DDE in Aged Contaminated Ethiopian Soils. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 386(5):1525–1533.
11. Hussen A; Westbom R; Megersa N; Mathiasson L; Björklund E. 2006. Development of PLE and Clean-Up for Endosulfan Analysis in Aged Contaminated Ethiopian Soils. Journal of Chromatography A. 1103:202–210.
12. Sporring S; von Holst C; Björklund E. 2007. Selective PLE of PCBs from Food and Feed Samples Effects of High Lipid Amounts and Lipid Type on Fat Retention. Chromatographia. 64(9-10):553–557.
13. Wiberg K; Sporring S; Haglund P; Björklund E. 2007. Selective PLE of Dioxins and Dioxin-Like PCBs from Food and Feed Samples. Journal of Chromatography A. 1138:55–64.
14. Hussen A; Westbom R; Megersa N; Mathiasson L; Björklund E. 2007. Selective PLE for Multi-residue Analysis of Organochlorine Pesticides in Soil. Journal of Chromatography A. 1152:247–253.
15. Thermo Fisher Scientific. 2003. Application Note 409 Fast Determination of Acrylamide in Food Samples Using ASE Followed by Ion Chromatography. Sunnyvale CA.
16. Thermo Fisher Scientific. 2007. Application Note 358 Extraction and Cleanup of Acrylamide in Complex Matrices Using ASE and LC-MS/MS. Sunnyvale CA.
17. Poerschmann J; Carlson R. 2006. New Fractionation Scheme for Lipid Classes Based on In-Cell Fractionation Using Sequential PLE. Journal of Chromatography A. 1127:18–25.
18. Poerschmann J; Trommler U; Biedermann W; Truyen U; Lucker E. 2006. Sequential PLE to Determine Brain-Originating Fatty Acids in Meat Products as Markers in BSE Risk Assessment Studies. Journal of Chromatography A. 1127:26–33.
19. Thermo Fisher Scientific. 2015. Customer Application Note 120 Determination of Total Petroleum Hydrocarbons in Rubble and Soils by ASE and GC-FID. Sunnyvale CA.
20. Thermo Fisher Scientific. 2016. Customer Application Note 122 Determination of Persistent Organic Pollutants in Fish Tissues by ASE and GC-MS/MS. Sunnyvale CA.