Development of a Standard PFAS Method for the Evaluation of PFAS in Food Contact Materials

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) jsou díky své perzistenci, bioakumulaci a toxikologickým rizikům významným problémem v oblasti bezpečnosti potravin a ochrany spotřebitele. PFAS se historicky používaly pro vodoodpudivé, olejoodpudivé a tepelně odolné vlastnosti, což vedlo k jejich širokému využití v obalech potravin. Vzhledem k rostoucím regulačním omezením a zákazům v některých jurisdikcích je potřeba spolehlivých, reprodukovatelných analytických metod pro kvantifikaci PFAS v materiálech přicházejících do kontaktu s potravinami klíčová pro kontrolu shody a rizikovou analýzu.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo vyvinout standardizovanou analytickou metodu pro stanovení širokého spektra PFAS v různých typech obalových materiálů určených pro styk s potravinami. Metoda má být citlivá, kvantitativně robustní a praktická pro rutinní laboratoře, přičemž minimalizuje časově náročné a nákladné kroky, jako je pevná fáze extrakce (SPE). Studie navazuje na spolupráci mezi Shimadzu Scientific Instruments a RJ Lee Group a testuje metodu na reprezentativní sadě 17 běžně používaných materiálů (tvrdý plast, měkký plast, papír, hliníková folie apod.).

Použitá instrumentace

• LC: Shimadzu Nexera (s PFAS delay column: Shimadzu Nexcol PFAS Delay 50 mm × 3.0 mm, 5 µm).
• Analytický sloupec: Shim-pack Scepter C18-120, 2.1 mm × 100 mm, 3 µm.
• MS: Shimadzu LCMS-8060NX (triple quadrupole LC-MS/MS).
• Mobilní fáze: A = 2 mmol/L octan amonný ve vodě/acetonitrilu 95/5; B = acetonitril. Gradient od 10 % B do 95 % B podle stanoveného programu; průtok 0,45 mL·min−1; teplota kolony 45 °C.
• Autosampler: souběžná ko-injekce vzorku s 0,1 % octovou kyselinou ve vodě ke zlepšení tvaru píků u časně eluovaných látek; přesné mytí je realizováno 60/40 acetonitril/2-propanol.
• MS parametry: interface 170 °C, DL 200 °C, heatblock 300 °C, dodávky plynů a napětí optimalizované pro LCMS-8060NX.

Použitá metodika

• Vzorkování: z každého obalového materiálu odebrány reprezentativní sub-části 0,5 g; nástroje čistěny acetonitrilem a methanolem mezi řezy, aby se minimalizovala kontaminace.
• Extraktivní postup: k 0,5 g vzorku přidán surrogátní spike, 10 mL 50:50 metanol:voda; upraveno pH na 9–10 přídavkem NH4OH, extrakce za kinetické rovnováhy (tumble) 2 h; centrifugace 3000 rpm při 8 °C po dobu 15 min; následné acidifikování na pH 3–4 octovou kyselinou; filtrace přes 0,2 µm PP stříkačkový filtr do silanizované skleněné vialky.
• Kalibrace: 8- nebo 9-bodové kalibrační křivky připravené v 50:50 MeOH:H2O obsahující 0,1 % octové kyseliny; interní/izotopově značené surrogáty použity pro korekci ztrát a matrix efektů.
• Analytický rozsah a kritéria přijetí: liniearita R2 > 0,99; relativní standardní chyba (RSE) < 30 %; relativní variabilita RF RSD < 30 %; výsledný reportovací rozsah závislý na analytech ~100–20 000 ng·kg−1.

Hlavní výsledky a diskuse

• Metoda umožňuje současné stanovení 45 cílových PFAS a 25 izotopově značených surrogate látek v široké škále obalových materiálů.
• Chromatografie: všechny cílové sloučeniny byly eluovány do 11,5 minuty; použití ko-injekce zlepšilo tvar píku u časně eluovaných, polárních látek a přispělo k lepší opakovatelnosti.
• Výkon: kalibrační křivky vykazovaly vysokou linearitu; reportovací rozsahy od 100 ng·kg−1 do 20 000 ng·kg−1 (závisí na konkrétním PFAS). Kritéria přesnosti a preciznosti splňovala interně stanovené limity, což dokládají recovery experimenty na surrogátech a nativních spikách v různých matricích.
• Matrixové studie: testováno 17 různých obalových materiálů (tvrdý plast, měkký plast, papírové výrobky, hliníková folie). Příkladně byly provedeny recovery testy pro plastové a foliové matrice (např. recoveries po spikování 1600–1800 ng·kg−1 pro surrogáty/nativy), které ukázaly přijatelné návratnosti a opakovatelnost pro rutinní použití.
• Procesní výhoda: navržená cosolvační extrakce odstranila potřebu SPE, což významně snižuje čas a náklady přípravy vzorku, a přitom zachovává analytickou citlivost a přesnost.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda je vhodná pro rutinní laboratorní screening a kvantifikaci širokého spektra PFAS v materiálech určených pro potravinářský styk, což podporuje kontroly shody s regulačními požadavky a interní QA/QC programy.
• Eliminace SPE zjednodušuje workflow, zkracuje čas analýzy a snižuje spotřebu spotřebního materiálu, čímž se snižují provozní náklady a riziko kontaminace během přípravy vzorků.
• Použití izotopově značených surrogate a robustní kalibrace zvyšují spolehlivost kvantifikace napříč různými matricemi.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu analyzovaných PFAS: s nástupem nových náhradních fluorovaných látek je vhodné pravidelně aktualizovat seznam cílových látek a isotopických standardů.
• Standardizace metody: harmonizace protokolů mezi laboratořemi (mezi-laboratorní studie) a validace podle mezinárodních norem zvýší zpětnou porovnatelnost výsledků a podpoří regulační akceptaci.
• Automatizace a miniaturizace: možné další snížení nákladů a zvýšení průchodnosti analýz zavedením automatických přípravných kroků nebo adaptací na vyšší vzorkovací kapacitu.
• Využití v monitoringu životního cyklu obalů: sledování migrace PFAS z obalů do potravin a environmentálních studií při likvidaci/recyklaci obalů.

Závěr

Vyvinutá metoda poskytuje robustní, citlivý a efektivní postup pro kvantifikaci rozsáhlého souboru PFAS v obalových materiálech pro potraviny. Klíčové výhody zahrnují rychlou chromatografii (eluce do ~11,5 min), spolehlivou kvantifikaci podporovanou izotopovými surrogáty, a omezení potřeby časově a finančně náročných kroků SPE. Metoda je připravena pro použití v routine testování a je vhodná pro další standardizační a mezi-laboratorní ověřování.

Reference

• ASTM D8421-21
• Autoři práce: Michael Deible, Logan Miller, Shin-Hung Yang, Jacquelyn Runco, Dominika Gruzsecka, Toshiya Matsubara; afiliace: RJ Lee Group (Pittsburgh, PA) a Shimadzu Scientific Instruments, Inc. (Columbia, MD).
• Upozornění: materiál uveden jako For Research Use Only. Not for use in diagnostic procedures. Dva autoři jsou afilováni/fundováni společností Shimadzu a jeden autorem RJ Lee Group.