WSTĘP

Występowanie substancji per- i polifluoroalkilowych (PFAS, eng. Per- and Polyfluoroalkyl Substance), stanowi poważny problem dla międzynarodowych instytucji zajmujących się zdrowiem, przede wszystkim z powodu tendencji tych związków do kumulacji w środowisku i organizmach ludzkich. Oznaczenie pojedynczych PFAS na niskich stężeniach wymaga zastosowania drogiej aparatury i skomplikowanych procedur analitycznych

Można przyjąć, że duża część związków z grupy PFAS zawiera się w parametrze analitycznym określanym jako adsorbowalny fluor organiczny (AOF, eng. Adsorbable Organic Fluoride). Pomiar tego parametru jest zdecydowanie prostszy niż oznaczanie pojedynczych związków z grupy PFAS. Oznaczenie AOF jako parametru screeningowego pozwala na szybką ocenę badanej próbki pod kątem kwalifikacji do bardziej szczegółowych analiz. Innym istotnym parametrem screeningowym może być oznaczanie fluoru całkowitego (TF, eng. Total Fluorine), który w odróżnieniu od AOF uwzględnia także nieorganiczne formy fluoru. W przypadku podwyższonych wyników dla parametrów screeningowych można w kolejnym etapie wykonać bardziej szczegółowe analizy ukierunkowane na wykrycie konkretnych związków chemicznych fluoru.

PFAS – PRZEGLĄD

PFAS należą do tak zwanych „wiecznych chemikaliów” („forever chemicals”) i obejmują grupę prawie 10 000 różnych związków chemicznych. Związki z grupy PFAS oraz produkty ich rozpadu charakteryzują się dużą stabilnością co w konsekwencji prowadzi do ich akumulacji w środowisku [1,2]. Wybrane związki z grupy PFAS od 2009 r. są uwzględnione w załączniku B do Konwencji Sztokholmskiej dotyczącej trwałych zanieczyszczeń organicznych [3]. Szerokie zastosowanie PFAS w przemyśle na skalę ogólnoświatową, oraz ich zdolność do akumulacji w środowisku i organizmach żywych sprawiają, że substancje te stanowią globalny problem dla zdrowia publicznego. Do narażenia organizmu na PFAS może dojść drogą inhalacyjną, pokarmową oraz poprzez kontakt ze skórą. Długotrwała ekspozycja na te związki jest potencjalnie związana z występowaniem szeregu niekorzystnych skutków zdrowotnych. [4-6]. Jest to szczególnie istotne w kontekście zanieczyszczonej wody czy żywności – również w wyniku kontaktu z opakowaniem.

Rysunek 1. Schemat obrazujący formy występowania fluoru. Źródło: Materiały własne Metrohm Polska.

UREGULOWANIA PRAWNE

Rosnąca świadomość na temat skali problemu rozpowszechnienia PFAS oraz wpływu tych związków na środowisko i zdrowie człowieka prowadzi do wprowadzania i zaostrzania regulacji dotyczących tej grupy związków w Unii Europejskiej. Pierwsze działania koncentrowały się przede wszystkim na ograniczaniu stosowania wybranych substancji, w szczególności kwasu perfluorooktanosulfonowego (PFOS, eng. Perfluorooctane Sulfonic Acid) i kwasu perfluorooktanowego (PFOA, eng. Perfluorooctanoic Acid), które objęto ograniczeniami wynikającymi m.in. z przepisów dotyczących trwałych zanieczyszczeń organicznych oraz rozporządzenia REACH [7-9].

Szczególne znaczenie dla materiałów i wyrobów przeznaczonych do kontaktu z żywnością ma rozporządzenie (UE) 2025/40 w sprawie opakowań i odpadów opakowaniowych (PPWR). Rozporządzenie wprowadza ograniczenia dotyczące PFAS w opakowaniach przeznaczonych do kontaktu z żywnością, które będą miały zastosowanie od 12 sierpnia 2026 r. Ustanowione zostały wartości graniczne odnoszące się do pojedynczych PFAS (25 ppb) oraz ich sumy (250 ppb). Dodatkowo ustanowiono wartość graniczną 50 ppm dla PFAS, obejmujących również PFAS polimerowe. godnie z art. 5 ust. 5 lit. c rozporządzenia (UE) 2025/40, jeżeli całkowita zawartość fluoru w opakowaniu przekracza 50 mg/kg, producent, importer lub dalszy użytkownik może być zobowiązany do przedstawienia, na żądanie, dowodów określających ilość fluoru przypisaną do PFAS oraz ilość fluoru pochodzącą z substancji innych niż PFAS. Wymóg ten wskazuje na potencjalne znaczenie oznaczania fluoru całkowitego jako narzędzia wspierającego ocenę zgodności materiałów opakowaniowych z wymaganiami dotyczącymi PFAS [10].

W przypadku żywności sytuacja regulacyjna jest odmienna. Na poziomie Unii Europejskiej nie ustanowiono obecnie ogólnego limitu dla fluoru całkowitego ani jednego, uniwersalnego limitu dla całej grupy PFAS w żywności. Jednocześnie rozporządzenie Komisji (UE) 2023/915 ustanawia maksymalne poziomy dla PFOS, PFOA, PFNA i PFHxS oraz ich sumy w określonych kategoriach środków spożywczych. Równolegle Komisja Europejska prowadzi działania monitoringowe dotyczące występowania PFAS w żywności na podstawie zalecenia Komisji (UE) 2022/1431 [11]. Oznacza to, że w przypadku żywności istotną rolę nadal odgrywa oznaczanie konkretnych związków PFAS, natomiast oznaczanie fluoru całkowitego może stanowić uzupełniające narzędzie screeningowe pozwalające na szerszą ocenę obecności związków zawierających fluor.

Wprowadzenie nowych wymagań dotyczących PFAS w opakowaniach przeznaczonych do kontaktu z żywnością zwiększa znaczenie szybkich i szeroko zakrojonych metod przesiewowych [10]. W tym kontekście chromatografia jonowa ze spalaniem (CIC, Combustion Ion Chromatography) może stanowić użyteczne narzędzie do oznaczania parametrów sumarycznych fluoru (AOF, TF) i wstępnej selekcji próbek wymagających dalszej analizy. Takie podejście wpisuje się w rozwijającą się strategię oceny PFAS, w której oznaczanie całkowitego fluoru może stanowić pierwszy etap procesu prowadzącego od szerokiego screeningu do szczegółowej identyfikacji i ilościowego oznaczania określonych substancji PFAS [12,13].

METODY ANALIZY

Oznaczanie wybranych PFAS może być trudne i czasochłonne a istotnym ograniczeniem jest brak substancji wzorcowych wielu PFAS. Mnogość związków sprawia, że celowana analityka, która skupia się tylko na drobnym wycinku całej grupy związków chemicznych, może nie dawać wystarczających informacji o badanej próbce. Metody oznaczania poszczególnych PFAS muszą osiągać granice oznaczalności na poziomie kilkunastu ppb, co w praktyce oznacza zastosowanie selektywnych i czułych technik spektometrii mas takich jak GC-MS/MS lub LC-MS/MS [14,15].

Można przyjąć, że duża część związków z grupy PFAS zawiera się w parametrze analitycznym określanym jako adsorbowalny fluor organiczny (AOF, eng. Adsorbable Organic Fluoride). Pomiar tego parametru jest zdecydowanie prostszy niż oznaczanie pojedynczych związków z grupy PFAS. Oznaczenie AOF jako parametru screeningowego pozwala na szybką ocenę badanej próbki pod kątem kwalifikacji do bardziej szczegółowych analiz. Innym istotnym parametrem screeningowym może być oznaczanie fluoru całkowitego (TF, eng. Total Fluorine), który w odróżnieniu od AOF uwzględnia także nieorganiczne formy fluoru. W przypadku podwyższonych wyników dla parametrów screeningowych można w kolejnym etapie wykonać bardziej szczegółowe analizy ukierunkowane na wykrycie konkretnych związków chemicznych fluoru. Warto zaznaczyć, że metody analizy celowanej pomijają oznaczanie mogących występować w próbce innych PFAS czy też ich prekursorów, izomerów, metabolitów lub innych związków organicznych fluoru [13].

Wykorzystanie chromatografii jonowej (IC, ang. Ion Chromatography) w połączeniu z techniką spalania próbek (CIC, ang. Combustion Ion Chromatography) w analizie fluoru pozwala na wieloparametrową analizę różnorodnych próbek. Klasyczna IC pozwala na bezpośrednie oznaczanie fluoru nieorganicznego w postaci jonów fluorkowych. Technika CIC umożliwia oznaczanie fluoru całkowitego lub różnych form fluoru organicznego w zależności od wybranej metody przygotowania próbki. Połączenie obu pomiarów pozwala na wyznaczenie zawartości całkowitego fluoru organicznego (TOF) poprzez odjęcie od wartości TF zawartości fluoru nieorganicznego. Takie podejście pozwala wykorzystać CIC jako narzędzie screeningowe poprzedzające analizę ukierunkowaną. Próbki wykazujące podwyższoną zawartość fluoru organicznego mogą zostać następnie poddane analizie metodami LC-MS/MS lub GC-MS/MS w celu identyfikacji i ilościowego oznaczenia konkretnych PFAS.  Systemy IC oraz CIC Metrohm posiadają szereg zalet w kontekście możliwości oznaczania różnych form fluoru z wykorzystaniem różnych metod wprowadzania próbki, zarówno z systemu spalania jak i klasycznego podajnika próbek.

Rysunek 2. Schemat systemu CIC. Źródło: Materiały własne Metrohm Polska.

Istotną zaletą systemów CIC Metrohm jest pełna integracja systemu spalania oraz części analitycznej. W systemach Metrohm przygotowanie próbki poprzez spalanie, absorbcja produktów spalania oraz analiza chromatograficzna są połączone w jeden zautomatyzowany proces. Takie rozwiązanie organiczna liczbę manualnych etapów przygotowania próbki co niesie za sobą istotne zmniejszenie ryzyka błędów czy zanieczyszczenia próbki. Dodatkowo zaawansowana automatyzacja w sposób naturalny przyspiesza cały proces analityczny.

Rozwiązania CIC Metrohm charakteryzują się dużą elastycznością w kontekście możliwości ich zastosowania do analizy próbek ciekłych oraz stałych. Zakres zastosowań systemów Metrohm obejmuje m.in. tworzywa, produkty farmaceutyczne oraz wodę i żywność. W przypadku próbek stałych spalanie umożliwia efektywne oddzielenie halogenów od złożonej matrycy, co ogranicza wpływ matrycy na późniejszy etap analizy chromatograficznej.

Istotną zaletą rozwiązania opartego na chromatografie jonowym Metrohm jest możliwość połączenia w jednym systemie dwóch uzupełniających się sposobów analizy. Oprócz oznaczania fluoru po spaleniu próbki, system może być wykorzystywany do bezpośredniej analizy próbek ciekłych za pomocą klasycznego automatycznego podajnika próbek. Dzięki zastosowaniu odpowiedniej konfiguracji zaworów możliwe jest przełączanie pomiędzy standardową ścieżką podawania próbki z autosamplera a strumieniem pochodzącym z modułu spalania CIC. Pozwala to wykorzystać jeden chromatograf jonowy zarówno do rutynowych oznaczeń jonów nieorganicznych, jak i do oznaczania fluoru po spaleniu próbek zawierających związki organiczne. Całość odbywa się bez manualnej ingerencji użytkownika.

W przypadku analizy ekstraktów żywności i materiałów opakowaniowych istotną zaletą chromatografii jonowej Metrohm jest zastosowanie supresji chemicznej kolumnowej. Ma to szczególne znaczenie w przypadku analizy ekstraktów przygotowanych z wykorzystaniem rozpuszczalników organicznych. Supresory kolumnowe Metrohm wykazują się dużą trwałością i odpornością na ekstrahenty organiczne. Trwałość swoich supresorów firma Metrohm potwierdza 10-letnią gwarancją.

PODSUMOWANIE

Rosnące zainteresowanie obecnością PFAS i innych związków fluorowanych w żywności oraz materiałach przeznaczonych do kontaktu z żywnością wymaga podejścia wykraczającego poza oznaczanie pojedynczych, z góry zdefiniowanych substancji. Analiza ukierunkowana na kilkadziesiąt substancji z grupy PFAS nie daje pełnego obrazu zawartości fluoru w badanej próbę. Z tego względu oznaczanie fluoru całkowitego (TF) oraz fluoru organicznego (TOF) może stanowić wartościowe uzupełnienie klasycznych metod analizy PFAS.

Chromatografia jonowa ze spalaniem (CIC) firmy Metrohm umożliwia przeprowadzenie takiego screeningu w sposób zautomatyzowany i powtarzalny, zarówno dla próbek żywności, jak i materiałów opakowaniowych. Połączenie spalania próbki z chromatografią jonową pozwala na oznaczenie fluoru całkowitego, natomiast zestawienie wyniku TF z oznaczeniem fluoru nieorganicznego umożliwia określenie zawartości fluoru organicznego. Uzyskana informacja może następnie służyć do kwalifikacji próbek do bardziej szczegółowej analizy ukierunkowanej PFAS.

Istotną zaletą rozwiązania Metrohm jest elastyczność jednej platformy analitycznej. Ten sam chromatograf jonowy może być wykorzystywany do rutynowej analizy próbek ciekłych z zastosowaniem automatycznego podajnika próbek, jak również do analizy produktów spalania generowanych w module CIC. Odpowiednia konfiguracja systemu umożliwia przełączanie pomiędzy obiema ścieżkami analitycznymi, zwiększając zakres zastosowań aparatury i jej wykorzystanie w codziennej pracy laboratorium. Zastosowanie supresji chemicznej kolumnowej zapewnia wysoką czułość analiz przy jednoczesnej gwarancji trwałości tego rozwiązania.

REFERENCJE

[1] U.S. Environmental Protection Agency. PFAS Master List of PFAS Substances (Version 2) https://comptox.epa.gov/dashboard/chemical_lists/pfasmaster (accessed 2021-11-05).

[2] Buck, R. C.; Franklin, J.; Berger, U.; et al. Perfluoroalkyl and Polyfluoroalkyl Substances in the Environment: Terminology, Classification, and Origins. Integr. Environ. Assess. Manag. 2011, 7 (4), 513–541. DOI:10.1002/ieam.258

[3] Secretariat of the Stockholm Convention (SSC). Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants (POPs); Châtelaine, Switzerland, 2020; p 79.

[4] U.S. Department of Health and Human Services Agency for Toxic Substances and Disease Registry (ATSDR). Toxicological Profile for Perfluoroalkyls; 2021; pp 993.

[5] Cousins, I. T.; DeWitt, J. C.; Glüge, J.; et al. Strategies for Grouping Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) to Protect Human and Environmental Health. Environ. Sci. Process. Impacts 2020, 22 (7), 1444–1460. DOI:10.1039/D0EM00147C

[6] Cousins, I. T.; DeWitt, J. C.; Glüge, J.; et al. The High Persistence of PFAS Is Sufficient for Their Management as a Chemical Class. Environ. Sci. Process. Impacts 2020, 22 (12), 2307–2312. DOI:10.1039/D0EM00355G

[7] Regulation (EU) 2019/1021 of the European Parliament and of the Council of 20 June 2019 on persistent organic pollutants (recast). EUR-Lex

[8]  Regulation (EC) No 1907/2006 of the European Parliament and of the Council of 18 December 2006 (REACH). EUR-Lex

[9]  Commission Recommendation (EU) 2022/1431 of 24 August 2022 on the monitoring of perfluoroalkyl substances in food. EUR-Lex

[10] Regulation (EU) 2025/40 of the European Parliament and of the Council of 19 December 2024 on packaging and packaging waste (PPWR). EUR-Lex

[11] Commission Regulation (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on maximum levels for certain contaminants in food. EUR-Lex

[12] Commission Implementing Regulation (EU) 2022/1428 of 24 August 2022 laying down methods of sampling and analysis for the control of perfluoroalkyl substances in certain foodstuffs. EUR-Lex

[13] Metrohm, Adsorbable organic fluorine (AOF) for screening of PFAS in waters, White Paper WP-078. Metrohm White Paper WP-078 – AOF for screening of PFAS in waters

[14] Genualdi, S.; deJager, L. Determination of 16 Per and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Food Using Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry (LC-MS/MS) - US FDA Method C-010.01. US Food and Drug Administration November 1, 2019.

[15] ASTM International. ASTM D7979 Standard Test Method for Determination of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in Water, Sludge, Influent, Effluent, and Wastewater by Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry (LC/MS/MS); ASTM International. DOI:10.1520/D7979-20.