Adsorbierbares organisch gebundenes Fluor (AOF) - Ein Summenparameter für die Untersuchung von PFAS in Umweltwassermatrizes

Organische Fluorverbindungen werden nahezu ausschließlich über anthropogene Aktivitäten in der Umwelt verteilt. Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) werden zunehmend häufiger in Gewässern, Böden und Lebewesen nachgewiesen. Die Bestimmung organischer Fluorverbindungen als Summenparameter bzw. als adsorbierbares organisch gebundenes Fluor (AOF) mittels Verbrennungsionenchromatographie (CIC-Combustion Ion Chromatography) ermöglicht ein erstes Screening dieser Substanzen in Umweltmatrizes.

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Wasser fließt aus Brunnen

Organische Fluorverbindungen werden nahezu ausschließlich über anthropogene Aktivitäten in der Umwelt verteilt. Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) werden zunehmend häufiger in Gewässern, Böden und Lebewesen nachgewiesen. Aufgrund der Einführung immer neuer Produktvarianten im kommerziellen Markt, mit mehr als 4700 registrierten per- und polyfluorierten Verbindungen und PFAS-Präkursoren[i], kommt die Einzelstoff-Analytik an ihre Grenzen.

In der Verbrennungs-Ionen-Chromatographie wird ein Hochtemperaturverbrennungsofen mit Absorptionsmodul mit einem Ionenchromatographen (IC) gekoppelt. Bei der CIC-Analyse von AOF in wässrigen Matrizes werden die organischen Fluorverbindungen an Aktivkohle adsorbiert. Die angereicherte Aktivkohle wird bei 1000 °C im Sauerstoff/Argon-Strom verbrannt. Das dabei gebildete Fluorid wird mittels Ionenchromatographie mit Leitfähigkeit-Detektion quantitativ bestimmt.

Schematische Darstellung der Verbrennungs-Ionen-Chromatographie (CIC) zur Bestimmung von adsorbierbarem organisch gebundenen Fluor (AOF).
Schematische Darstellung der Verbrennungs-Ionen-Chromatographie (CIC) zur Bestimmung von adsorbierbarem organisch gebundenen Fluor (AOF).

Die im Hessischen Landeslabor (LHL) etablierte CIC-Methode wurde auf der Grundlage des genormten Verfahrens DIN EN ISO 9562 für adsorbierbare organisch gebundene Halogene (AOX) entwickelt, und wird als akkreditierte Hausmethode für Umweltuntersuchungen in Hessen eingesetzt. Die CIC-Geräte des LHL sind in der Abbildung 2 dargestellt.

Versuchsaufbau Bestimmung organischer Fluorverbindungen als Summenparameter
Verbrennungsionenchromatographie für die Bestimmung von AOF. (CIC)-System im LHL

Der Summenparameter AOF bildet das gesamte Fluor aus organischer Herkunft ab, während die Einzelstoffanalytik die individuellen PFAS bestimmt. Die Erfassung aller untersuchten PFAS als Summe des Fluorgehaltes der individuellen PFAS ermöglicht den Vergleich mit den AOF Ergebnissen zur Einschätzung der gesamten fluororganischen Verbindungen einer Probe.

Zu den summarisch erfassbaren organischen Fluorverbindungen (AOF) gehören per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), sowie fluorierte Pflanzenschutzmittel und Arzneimittel, welche zum AOF-Befund beitragen können.

Die Bestimmung des AOF stellt eine effiziente und vollautomatisierte Screeningmethode für die Untersuchung von organischen Fluorverbindungen im niedrigen µg/L-Bereich dar. Die im LHL entwickelte CIC-Methode ermöglicht einen zuverlässigen und aussagekräftigen „ersten summarischen Überblick“ auf eine mögliche PFAS-Belastung wässriger Umweltmatrizes und ist somit z. B. hilfreich hinsichtlich der Auswahl von Probenentnahmestellen für die wesentlich aufwändigere, spezifischere Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS-Analytik), die dadurch gezielter eingesetzt werden kann. (Abercron 2021,eck)

PFAS-Präkursoren

PFAS-Präkursoren sind Moleküle, die in der Industrie als Ersatz für langkettige PFAS verwendet werden. Der Abbau der Präkursoren durch chemische oder biologische Prozesse führt zur Freisetzung von – verglichen mit den Präkursoren – kürzeren fluorierten PFAS (z. B. PFOA, PFOS, kurzkettige-PFAS) in die Umwelt. Beispiele für solche Substanzen sind Polyfluoralkylphosphorsäureester (PAP), Fluortelomersulfonsäuren (FTSA), Fluortelomersulfonamidealkylbetaine (FTAB), Fluortelomersulfonamide (FTSAm), u.a.