Chemische Analytik von Per- und polyfluorierten Chemikalien (PFC) | Umweltbundesamt

Probenvorbereitung

Je nach Probenart sind unterschiedliche Probenvorbereitungsschritte notwendig, um die zu messenden Substanzen aus der Probe herauszulösen.
Für Wasser und Luftproben mit sehr geringen Konzentrationen werden die zu untersuchenden Stoffe zunächst mit Hilfe eines speziellen Sammlers angereichert. Der Sammler wird anschließend mit Lösungsmittel extrahiert und der gewonnene Extrakt der weiteren Analyse zugeführt.
Bei festen Probenmaterialien wie Klärschlämmen, Böden, Sedimenten, Schwebstoffen, Stäuben, Pflanzen und tierischem Gewebe folgen nach Extraktion mit einem Lösungsmittel häufig noch ein oder mehrere Aufreinigungsschritte. Das kann notwendig sein, da Proben eine Vielzahl ihnen eigener Stoffe sogenannte  Matrixbestandteile beinhalten. Beispiele sind Huminstoffe in Böden oder Proteine im Blut. Solche Bestandteile können die Analyse stören und müssen daher weitgehend entfernt werden. 

Analyse

Zur Analyse wird das aufbereitete Substanzgemisch mit Hilfe eines chromatographischen Verfahrens in seine einzelnen Komponenten aufgetrennt. Bei den ⁠PFC⁠-Verbindungen wird dafür häufig die Flüssigkeitschromatographie eingesetzt, für flüchtige PFC ist aber auch der Einsatz der Gaschromatographie möglich. Nach der Trennung werden die Substanzen mit einem massenselektiven Detektor erfasst.
 
Für eine Gehaltsbestimmung muss zuerst die Empfindlichkeit des Detektors gegenüber dieser speziellen Substanz bestimmt werden. Die große Anzahl an verwendeten PFC und den zahlreichen Vorläuferverbindungen erschwert die Messung aller theoretisch möglichen Verbindungen. Zudem sind nicht für alle Substanzen analytische Standards verfügbar. Alternativ können sogenannte „Screeningmethoden“ helfen über den Abgleich mit einer Datenbank die Anwesenheit einer größeren Anzahl von Substanzen zu prüfen. Außerdem lassen sich noch unbekannte Substanzen über die Strukturinformationen, die in den Massenspektren enthalten sind, identifizieren. Alternativ kann ein Summenparameter verwendet werden, um die Belastung abzubilden.

Summenparameter

Als Summenparameter wird in wässrigen Proben der AOF (adsorbierbares organisch gebundenes Fluor) verwendet. Die PFC werden zunächst auf einem Sammler adsorbiert und das Fluor, das bei einem Verbrennungsaufschluss freigesetzt wird, bestimmt. Der EOF (extrahierbares organisch gebundenes Fluor) wird für Feststoffproben eingesetzt. Nach Probenextraktion wird das nach Verbrennungsaufschluss freigesetzte Fluor bestimmt. 
Im „Top Assay“ werden unbekannte Vorläuferverbindungen zu bekannten PFC chemisch oxidiert. Ein Vergleich der unbehandelten und behandelten Probe zeigt die vorhandene Menge an Vorläuferverbindungen an.

Qualitätssicherung

Gehaltsbestimmungen von niedrigen Konzentrationen stellen hohe Anforderungen an die chemische Analytik. Dabei ist sorgfältig darauf zu achten, dass die zu messenden Substanzen nicht durch die verwendeten Reagenzien und Lösungsmittel oder während der Probennahme bzw. des Probentransports in die Proben eingetragen werden und sogenannte „Blindwerte“ verursachen. Die Richtigkeit der Analyse wird über Referenzmaterialien mit bekannten Gehalten und durch die Teilnahme an Ringversuchen sichergestellt. In einem Ringversuch werden identische Proben in mehreren Laboratorien analysiert und die Ergebnisse verglichen.

Nachweisgrenzen

⁠Nachweisgrenze⁠ bedeutet die kleinste mögliche Konzentration mit der ein ⁠Stoff⁠, eine Verbindung in einer Probe noch nachgewiesen werden kann. Der Wert  verhält sich substanzspezifisch also in Abhängigkeit von den Eigenschaften der zu messenden Verbindung. Daher sind in der Tabelle Bereiche angegeben. Weitere Einflussgrößen für die Nachweisgrenze sind Vorbereitung der Probe und Höhe  der Blindwerte. Die folgende Tabelle zeigt, dass die Nachweisgrenzen je nach Probenart sehr unterschiedlich sein können.

Literatur

Nakayama et al. Worlwide trends in tracing poly and perfluoroalkyl substances (⁠PFAS⁠) in the environment https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993618306605?via%3Dihub
Pan et al., Analysis of emerging per –and polyfluoroalkyl substances: Progress and current issues https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0165993618306824
Liu et al., High resolution mass spectrometry (HRMS) methods for nontarget  discovery and characterization of poly – and perfluoroalkyl substances (PFFAs) in environmental and human samples http://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2%3A1384983&dswid=-9071