Non-Target-Analytik für PFAS
24.04.2025
Seid gespannt auf eine neue Lösung
Das vielversprechende Potenzial von EOF und AOF als Summenparameter
PFAS sind in aller Munde: Ob in der Industrie, in Laboren, beim Verbraucherschutz oder in der Politik – überall wird über die Chemikalien gesprochen. Mit der steigenden Aufmerksamkeit werden auch die Rufe nach strengeren Regulierungen und präziseren Analysemethoden lauter.
Was sind PFAS?
PFAS, oder per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen sind synthetische Chemikalien, die mehrere Fluoratome an der Alkylkette enthalten. Seit den 1960er werden sie in vielen Bereichen unseres Lebens verwendet: Sie finden sich in Textilien, Papier, Lebensmittelverpackungen, der Halbleiterproduktion und in Autoreifen. Ihre Beliebtheit verdanken sie ihrer Beständigkeit gegenüber Hitze, Öl, Flecken, Fett und Wasser. Diese „Ewigkeitschemikalien“ bauen sich in der Umwelt jedoch kaum ab und können gesundheitsschädlich sein. Einmal freigesetzt, gelangen sie in Grundwasser und Böden. Einige PFAS-Substanzen wurden bereits im Körper von Menschen und Tieren nachgewiesen.
Herausforderungen
Die gesundheitlichen Risiken von PFAS sind besorgniserregend. Bekannte Beispiele wie PFOA (Perfluoroctansäure) und PFOS (Perfluoroctansulfonsäure) sind als persistente organische Schadstoffe (POP) im Rahmen der Stockholmer Konvention klassifiziert und reguliert. In Europa gelten ähnliche Regelungen für weitere PFAS-Substanzen. In den kommenden Jahren werden die Beschränkungen und Verbote weiter verschärft, z. B. muss ab 2026 in Deutschland Trinkwasser auf eine Gruppe von 20 PFAS-Substanzen getestet werden, um die Einhaltung des kumulativen Grenzwertes von 0,1 µg/L einzuhalten.1
Die Vielzahl der PFAS-Substanzen und deren größtenteils noch unbekannte Auswirkungen auf Mensch und Umwelt machen eine Überwachung dringend erforderlich. Neben der Untersuchung von Oberflächenwasser und Böden wird auch die Kontrolle in Kläranlagen immer wichtiger, da über diese eine weitere Verbreitung stattfinden könnte.
Die Analyse birgt jedoch einige Hürden: Die Bestimmung einzelner Verbindungen ist zeitaufwendig und kostspielig. Die erforderlichen Methoden müssen kleinste Mengen detektieren können. Hinzu kommt: Bestimmte, bereits bekannte Chemikalien können mittels Target-Analyse untersucht werden. Darüber hinaus bietet auch die Analyse der Summenparameter AOF und EOF praktische Ansätze, um das Vorkommen der PFAS-Chemikalien zu prüfen (Non-Target-Analyse). Beide Methodiken werden im Folgenden näher betrachtet.
PFAS-Target-Analyse und ihre Grenzen
Die Target-Analyse hat sich für eine Reihe von Anwendungen und Matrices bewährt. Bei diesem Ansatz wird die chromatografische Trennung der Komponenten mittels Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC) mit der Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) kombiniert. In der Wasseranalytik wird zudem häufig eine Anreicherung durch Festphasenextraktion (SPE) durchgeführt. So können Werte unter 1 ng/L (in Wasser) erreicht werden.
Die Methode gerät jedoch hinsichtlich der Menge an PFAS-Verbindungen an ihre Grenzen: Die Zahl der Zielanalyten (Targets) ist in der Regel auf 20 bis 30 spezifische PFAS beschränkt. Dies umfasst die am häufigsten verwendeten und potenziell gefährlichsten PFAS-Substanzen. Auch LC-MS/MS ist auf 30 bis 50 spezifische Verbindungen limitiert, um aussagekräftige Ergebnisse zu erzielen. Über diese definierte Gruppe hinaus gibt es in der Umwelt jedoch eine Vielzahl weiterer PFAS-Substanzen, deren Anzahl bisher noch nicht einheitlich festgestellt ist. Je nach Auslegung der Definition schwankt die Zahl zwischen 5.000 und Millionen. Somit sind selbst unter idealen Bedingungen mehr als 99 % der PFAS nicht durch die Target-Analyse erfassbar.
Summenparameter-Analyse zur Überwachung von PFAS
Für ein schnelles Screening von PFAS-belasteten Umweltproben eignen sich die Summenparameter AOF (adsorbierbares organisch gebundenes Fluor) und EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor), die mit TOF (gesamt organisch gebundenes Fluor) verbunden sind. Diese Methodik bietet den Vorteil einer minimalen Probenvorbereitung und liefert schnelle Ergebnisse, die eine rasche Risikobewertung ermöglichen. So wird aus den Ergebnissen der Summenparameter-Analyse ersichtlich, ob gezielte Analysen der einzelnen Substanzen notwendig sind oder nicht.
Die Analyse des Summenparameters AOF
Adsorbierbares organisch gebundenes Fluor (AOF) umfasst alle organischen Fluorverbindungen, einschließlich PFAS, die auf Aktivkohle adsorbierbar sind. Zur Bestimmung von AOF ist die Elementaranalyse mittels pyrohydrolytischer Verbrennung in Kombination mit Ionenchromatographie (CIC) eine gängige Lösung. Die CIC liefert ein schnelles Screening der Belastung mit organisch gebundenem Fluor, bevor einzelne PFAS-Verbindungen analysiert werden können.
Bei dieser Methode wird organisch gebundenes Fluor entweder durch Säulen- oder Schüttelmethode auf Aktivkohle adsorbiert. Die anorganischen Fluorverbindungen werden mit einer geeigneten Waschlösung vom Absorbermaterial entfernt. Im Anschluss wird die vorbereitete Probe bei hohen Temperaturen (≥ 950 °C) in einer sauerstoffreichen Atmosphäre mit Wasserzusatz (Pyrohydrolyse) umgesetzt. Organische Fluorverbindungen werden zu Fluorwasserstoff (HF) umgewandelt und anschließend in einer Absorberlösung gesammelt und mittels Ionenchromatographie (IC) quantifiziert. Die Verbrennung und Messung können entweder gekoppelt (online) in einem CIC-System oder unabhängig (offline) durch getrennte Verbrennungs- und IC-Systeme durchgeführt werden.
Um die Arbeitsabläufe bei der AOF-Bestimmung zu vereinfachen, bietet Analytik Jena Lösungen für den gesamten Prozess der AOF-Probenvorbereitung (nach DIN 38409-59, ISO/DIS 18127, EPA 1621) und passendes Verbrauchsmaterial an:
- Für die schnelle Vorbereitung von kleineren Probenserien ist die APU sim ideal: Das System bereitet bis zu sechs AOF-Proben gleichzeitig nach der Säulenmethode vor und ist besonders gut für kleine Probenserien geeignet.
- Die benutzerfreundliche APU 28 connect Serie ermöglicht die vollautomatische Anreicherung von bis zu 28 Proben nach der Säulenmethode. Das Touch-Display sorgt für eine intuitive Bedienung und Probenvorbereitung mit minimalem Aufwand.
Die Analyse des Summenparameters EOF
Der Summenparameter EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor) ist ein weiterer Ansatz zur zeitsparenden Risikobewertung von Proben und ergänzt den AOF-Ansatz bei Screening-Aufgaben hinsichtlich der Belastung von Proben mit organisch gebundenen Fluorverbindungen.
Eine einfache, kostengünstige und zeitsparende Quantifizierung von Fluor in EOF-Proben wird durch die Molekülabsorptionsspektrometrie (MAS) ermöglicht. Das hochauflösende Kontinuum-Strahler-Atomabsorptionsspektrometer (HR-CS AAS) contrAA 800 ermöglicht es durch sein einzigartiges Konzept neben Atomabsorptionslinien auch Molekülabsorptionen zu quantifizieren. Durch Zugabe eines geeigneten Molekülbildungsreagenz werden unter optimierten Bedingungen CaF- oder GaF-Moleküle generiert und für die Gehaltsbestimmung von Fluor verwendet. Die Graphitofen-Technik ermöglicht eine sehr empfindliche Fluorquantifizierung im µg L-1 Bereich in geeigneten Matrizes.
Fazit
Die potenziell toxischen Auswirkungen von PFAS auf Lebewesen und die Umwelt machen schnelle und zuverlässige Lösungen zur Überwachung dieser Substanzen in Gewässern und Böden dringend erforderlich. Neben dem allgemein verwendeten, aber analytisch teilweise limitierten Ansatz der Target-Analyse hat sich das Screening mit den Summenparametern EOF und AOF als bewährte Methode für eine schnelle Überwachung von organisch gebundenem Fluor, wie PFAS, erwiesen. Bei minimaler Probenvorbereitung sind die Ergebnisse schnell verfügbar und ermöglichen somit eine zeitnahe Beurteilung des weiteren Analysebedarfs. Analytik Jena unterstützt Labore in diesem Bereich mit präzisen, benutzerfreundlichen und kostengünstigen Analysegeräten.
Kundenstory
Preisgekrönte Forschung auf dem Gebiet der PFAS
Bunsen-Kirchhoff-Preisträger Dr. Björn Meermann von der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) forscht auf dem Gebiet der Analyse von per- und polyfluorierten Alkylverbindungen (PFAS). In der Video-Kundenstory erhalten Sie spannende Einblicke in seine Forschungsarbeit mit unserem Atomabsorptionsspektrometer contrAA 800.
Referenz
1 Zweite Verordnung zur Novellierung der Trinkwasserverordnung vom 20. Juni 2023 (BGBl. 2023 Nr. 159). Verfügbar unter https://www.recht.bund.de/bgbl/1/2023/159/VO.html
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Downloads
Determination of PFAS in Soil and Sewage Sludge as a Sum Parameter EOF (Extractable Organically Bound Fluorine) (EN)
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Bestimmung von PFAS in Böden und Klärschlämmen als Summenparameter EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor) (DE)
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Sample Preparation for the Determination of AOF in Water Samples According to E DIN 38409-59 (EN)
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Probenvorbereitung für die Bestimmung des AOF in Wässern nach E DIN 38409-59 (DE)
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Brochure contrAA800 (EN)
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Broschüre contrAA800 (DE)
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Flyer AOF Sample Preparation - APU Systems (EN)
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Flyer APU sim (EN)
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Flyer APU 28 connect (EN)
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