概要
低濃度のペルおよびポリフルオロアルキル化合物（PFAS）の分析には、サンプル採取、輸送、保管から分析装置およびサンプル前処理までのワークフロー全体を通して、高感度かつ低いバックグラウンドレベルが求められます。Restekの固相抽出カラムであるResprepポリマーWAX SPEカートリッジは、EPA Method 533の要件を満たしながら、飲料水中の低濃度PFAS化合物の正確な定量を実現します。
はじめに
多くの規制機関が要求するPFASの低濃度検出を達成するため、飲料水中のPFAS分析では、LC-MS/MSと固相抽出（SPE）の組み合わせがよく用いられます。EPA Method 533 [1]では、短鎖酸性化合物の保持力を高め、ppt（兆分率）レベルの検出限界を達成するために、弱陰イオン交換（WAX）SPEが採用されています。しかし、PFAS化合物は広範囲に存在するため、SPEカートリッジを含め、サンプルに接触する消耗品などの実験器具の選択とスクリーニングが、低いバックグラウンドを維持し、高精度な低濃度分析を継続するために極めて重大な意味を持ちます。本実験では、Resprep WAXカートリッジをResprep QR-12真空マニホールドに装着し、EPA Method 533に基づいてPFAS分析を行いました。分析装置にはShimadzu Nexera LCと8045 MS/MSを使用しました。
実験
サンプル前処理
EPA Method 533, Section 7.16.1 に従って、添加サンプルおよびブランクサンプルを調整しました。各サンプルは250 ｍLの脱イオン水に同位体希釈標準物質を添加し、ポリプロピレン製ボトル内で調製ました。30 µm WAX, 500 mg（cat.# 28268）が充填された6 mL SPEカートリッジを、クイック交換ライナー（cat.# 28310-VM）を取り付けたResprep QR-12 真空マニホールド（cat.# 28298-VM）に装着し、サンプルをSPEカートリッジに通水する際には、Resprepサンプルデリバリーシステムライン（cat.# 26250）を使用しました。クイック交換ライナーとサンプルデリバリーラインについては、PFAS汚染源となり得るPTFEを含んでいますが、マニホールドのすべてのラインとポートを使用したブランクサンプル試験では、PFAS溶出は検出されませんでした。PFAS分析においてバックグラウンド汚染は実験結果に影響を与えます。そのため、すべてのSPEおよび関連部品や溶媒を定期的かつ徹底的にブランクチェックを実施し、特に新しいロットの材料を使用する際には、バックグラウンド汚染が許容レベル以下であることを確認することが推奨されます。
サンプルの調製とSPEシステムのセットアップ後、EPA Method 533, Section 11.4の手順（Figure 1参照）に従ってサンプルを抽出しました。
分析システム
抽出後、サンプルは以下に示すEPA Method 533 PFAS分析条件でLC-MS/MSを用いて分析を行いました。PFASディレイカラムの使用は、インジェクタ上流部からコンタミしたPFASとサンプル由来のPFASが共溶出するのを防ぐために非常に重要となります。本実験においても、分析システムの入念なブランクチェックが実施され、共溶出するPFASが検出されないことを確認しました。
EPA Method 533 PFAS 分析の装置条件
システム: Shimadzu Nexera X2/Shimadzu LCMS-8045
カラム:
- PFASディレイカラム (cat.# 27854)
- 分析カラム: Force C18, 1.8 µm x 50 mm x 2.1 mm (cat.# 9634252)
注入量: 3 µL
移動相A: Water, 5 mM ammonium acetate
移動相B: Methanol
流速: 0.4 mL/min
温度: 40 °C
グラジエント: 20%B（0分）→ 95%B（6分）→ 95%B（6.6分）→ 20%B（6.61分）→ 20%B（7.5分）
イオン源: エレクトロスプレー
イオン化モード: ESI-
モード: MRM
メソッド検出限界（MDL）
メソッド検出限界は、EPAのDefinition and Procedure for the Determination of the Method Detection Limit, Revision 2 [2]に従い、それぞれｎ=7のブランクサンプルおよび低濃度添加サンプルの分析結果から算出しました。添加サンプルは、ネイティブPFAS化合物の2 µg/mLストック溶液（EPA 533 PFAS校正標準、cat.#30736）を使用して0.5 ng/Lに調整しました。添加サンプルおよびブランクサンプルの結果から得られた標準偏差にStudentのt値（3.143）を乗じて検出限界（MDL）を決定し、それらの結果のうち、高い値を最終的なMDLとしました。
精度と再現性
精度と再現性は、10ng/Lの添加サンプルをｎ=5で分析を行い、確認しました。添加サンプルの精度を計算し、EPA Method 533の回収率の許容範囲70～130%と比較し、添加サンプルの分析結果の相対標準偏差も求めました。
同位体希釈標準物質の回収率を添加サンプルから計算し、PFAS分析に関するEPA Method 533の回収率の許容範囲である50～200%と比較しました。
結果と考察
Figure 2に示すように、良好な分析結果が得られました。ネイティブ PFAS分析対象成分のMDL、精度、および再現性の結果をTable Iに示します。算出したMDLは、EPA Method 533のTable 7に示される報告限界値を下回り、添加サンプル10 ng/mLの精度は添加値の84～119%の範囲を示し、EPA Method 533で要求される回収率70～130%の範囲内でした。添加サンプルも良好な再現性を示し、結果は≤20% RSDでした。
同様に、同位体希釈標準物質の回収率も真値の20%以内で、再現性は≤20% RSDでした。結果をTable IIに示します。
Table I: ネイティブPFASのMDL、精度、および再現性に関する実験の結果
| 化合物 | 略称 | MDL (ng/L) | 精度 (%) | %RSD |
|---|---|---|---|---|
| Perfluorobutanoic acid | PFBA | 8.5 | 95 | 20 |
| Perfluoro-3-methoxypropanoic acid | PFMPA | 0.2 | 119 | 20 |
| Perfluoropentanoic acid | PFPeA | 0.2 | 114 | 10 |
| Perfluorobutane sulfonate | PFBS | 0.3 | 94 | 14 |
| Perfluoro-4-methoxybutanoic acid | PFMBA | 1.1 | 88 | 8 |
| Perfluoro(2-ethoxyethane)sulfonic acid | PFEESA | 0.2 | 84 | 12 |
| Nonafluoro-3,6-dioxaheptanoic acid | NFDHA | 0.2 | 103 | 15 |
| 1H, 1H, 2H,2H-perfluorohexane sulfonate | 4:2 FTS | 0.3 | 97 | 19 |
| Perfluorohexanoic acid | PFHxA | 0.1 | 98 | 11 |
| Perfluoropentane sulfonate | PFPeS | 0.2 | 96 | 13 |
| Hexafluoropropylene oxide dimer acid | HFPO-DA | 1 | 89 | 13 |
| Perfluoroheptanoic acid | PFHpA | 0.4 | 101 | 17 |
| Perfluorohexane sulfonate | PFHxS | 0.3 | 110 | 15 |
| 4,8-Dioxa-3H-perfluorononanoic acid | ADONA | 1.1 | 100 | 7 |
| 1H, 1H, 2H,2H-perfluorooctane sulfonate | 6:2 FTS | 0.7 | 105 | 8 |
| Perfluoroheptane sulfonate | PFHpS | 0.5 | 101 | 12 |
| Perfluorooctanoic acid | PFOA | 0.2 | 112 | 9 |
| Perfluorooctane sulfonate | PFOS | 0.3 | 109 | 5 |
| Perfluorononanoic acid | PFNA | 0.5 | 101 | 10 |
| 9-Chlorohexadecafluoro-3-oxanonane-1-sulfonic acid | 9Cl-PF3ONS | 0.2 | 93 | 7 |
| Perfluorodecanoic acid | PFDA | 0.4 | 111 | 6 |
| 1H, 1H, 2H,2H-perfluorodecane sulfonate | 8:2 FTS | 0.6 | 109 | 5 |
| Perfluoroundecanoic acid | PFUnA | 0.8 | 110 | 6 |
| 11-Chloroeicosafluoro-3-oxaundecane-1-sulfonic acid | 11Cl-PF3OUdS | 0.3 | 95 | 11 |
| Perfluorododecanoic acid | PFDoA | 1.1 | 94 | 7 |
Table II: 同位体希釈標準物質の精度および再現性に関する実験の結果
| 化合物 | 略称 | 精度 (%) | %RSD |
|---|---|---|---|
| Perfluoro-n-[1,2,3,4-13C4]butanoic acid | 13C4-PFBA | 111 | 13 |
| Perfluoro-n-[1,2,3,4,5-13C5]pentanoic acid | 13C5-PFPeA | 118 | 14 |
| Sodium perfluoro-1-[2,3,4-13C3]butanesulfonate | 13C3-PFBS | 108 | 16 |
| Sodium 1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-[1,2-13C2]hexane sulfonate | 13C2-4:2FTS | 97 | 12 |
| Perfluoro-n-[1,2,3,4,6-13C5]hexanoic acid | 13C5-PFHxA | 115 | 14 |
| 2,3,3,3-Tetrafluoro-2-(1,1,2,2,3,3,3-heptafluoropropoxy13C3-propanoic acid | 13C3-HFPO-DA | 89 | 14 |
| Perfluoro-n-[1,2,3,4-13C4]heptanoic acid | 13C4-PFHpA | 110 | 14 |
| Sodium perfluoro-1-[1,2,3-13C3]hexanesulfonate | 13C3-PFHxS | 114 | 14 |
| Sodium 1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-[1,2-13C2]-octane sulfonate | 13C2-6:2FTS | 92 | 7 |
| Perfluoro-n-[13C8]octanoic acid | 13C8-PFOA | 113 | 14 |
| Sodium perfluoro-[13C8]octanesulfonate | 13C8-PFOS | 102 | 7 |
| Perfluoro-n-[13C9]nonanoic acid | 13C9-PFNA | 101 | 9 |
| Perfluoro-n-[1,2,3,4,5,6-13C6]decanoic acid | 13C6-PFDA | 111 | 12 |
| Sodium 1H,1H,2H,2H-perfluoro-1-[1,2-13C2]-decane sulfonate | 13C2-8:2FTS | 118 | 14 |
| Perfluoro-n-[1,2,3,4,5,6,7-13C7]undecanoic acid | 13C7-PFUnA | 114 | 13 |
| Perfluoro-n-[1,2-13C2]dodecanoic acid | 13C2-PFDoA | 112 | 13 |
結論
EPA Method 533による飲料水中のPFAS分析は、低濃度分析におけるバックグラウンド汚染の影響により、極めて困難な場合があります。Resprep WAXカートリッジを使用することで、EPA Method 533の要件を満たすだけでなく、ng/Lレベル以下の低濃度PFAS分析を可能にします。その他の製品、メソッド、技術文献については、「PFAS分析のパートナー」をご覧ください。
参考文献
- U.S. Environmental Protection Agency, Method 533, Determination of per-and polyfluoroalkyl substances in drinking water by isotope dilution anion exchange solid phase extraction and liquid
chromatography/tandem mass spectrometry, November 2019. https://www.epa.gov/sites/default/files/2019-12/documents/method-533-815b19020.pdf - U.S. Environmental Protection Agency, Definition and procedure for the determination of the method detection limit, revision 2, December 2016.
https://www.epa.gov/sites/default/files/2016-12/documents/mdl-procedure_rev2_12-13-2016.pdf
