Polyaromaattisten hiilivetyjen määritys vedestä kiinteäfaasiuutolla ja kolmoiskvadrupolimassaspektrometrilla : Menetelmän kehitys ja testaus

Abstract

Polyaromaattiset hiilivedyt (PAH) ovat kahdesta tai useammasta aromaattisesta hiilivetyrenkaasta koostuvia orgaanisia yhdisteitä, joista monilla on todettu tai epäillään olevan karsinogeenisia ja mutageenisia vaikutuksia. PAH-yhdisteitä esiintyy luonnostaan öljy- ja hiilivarastoissa, mutta yleensä niitä syntyy ja vapautuu ympäristöön orgaanisten yhdisteiden epätäydellisissä palamisreaktioissa. Ne kontaminoivat tehokkaasti maaperää ja vesistöjä ja ovat haitallisia vesieliöille. EU:n vesipuitedirektiivi ja Suomen lainsäädäntö asettavat PAH-yhdisteille tarkkailu- ja seurantavelvoitteita sekä luonnon- että talousvesistä.

Tämä opinnäytetyö tehtiin Nab Labs Oy:n Jyväskylän ympäristöanalytiikan toimipisteen orgaanisen analytiikan osastolle. Opinnäytetyön tavoitteena oli kehittää laboratoriossa kolmoiskvadrupolimassaspektrometrille (QQQ-GC/MS) uusi analyysimenetelmä PAH-yhdisteiden määrittämiseen vesinäytteistä kiinteäfaasiuutolla (SPE). Tavoitteena oli saavuttaa yhdisteille alhaiset määritysrajat ja yksinkertaistaa sekä nopeuttaa näytteenkäsittelyä. Työn tarkoituksena oli perustaa analyysimenetelmä, testata sen toimivuutta käytännössä ja kartoittaa keskeisiä validointiparametreja.

Opinnäytetyön aikana kehitettiin menetelmä 16 PAH-yhdisteen määrittämiseen vesinäytteistä kiinteäfaasiuuttopylväillä ja QQQ-GC/MS-laitteella standardia SFS-EN 16691 mukaillen. Menetelmää käyttämällä osallistuttiin kansainväliseen vertailukokeeseen PAH-yhdisteiden määrittämiseksi luonnonvesinäytteistä.

SPE-menetelmää verrattiin laboratorion sisäiseen heksaaniuuttomenetelmään saantokokeilla ja menetelmillä saatiin hyvin yhteneviä tuloksia. SPE-menetelmän määritysrajoja ja linaarisuutta pienillä pitoisuuksilla kartoitettiin mittaamalla tunnettuja PAH-pitoisuuksia sisältäviä vesinäytteitä. Menetelmä oli lineaarinen tutkitulla pitoisuusalueella ja sen avulla havaittiin erittäin pieniä pitoisuuksia. Menetelmä vaatii kuitenkin uutta kalibrointia kevyillä PAH-yhdisteillä, jotta määritysrajat saadaan määritettyä luotettavasti.

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) are organic compounds that consists of two or more fused aromatic hydrocarbon rings. Many of them have been proved to have or are suspected of having carcinogenic and mutagenic effects. PAHs occur naturally in oil and coal deposits but are usually produced and released into the environment as a result of incomplete combustion of organic compounds. They contaminate soil and water effectively and are toxic to aquatic organisms. The EU water framework directive and Finnish legislation both set obligations for monitoring their presence in natural freshwater resources and drinking water.

This thesis was written in Jyväskylä for the organic analytics department of Nab Labs Oy. The objective of the thesis was to develop a new analysis method for the determination of PAHs in water samples using solid phase extraction (SPE) combined with triple quadrupole gas chromatography mass spectrometry (QQQ-GC/MS) in order to combine low limits of quantification with simple and fast sample processing. The purpose of the study was to set up and test the analysis method and determine certain specified validation parameters.

A method was developed for the determination of 16 PAHs in water samples using SPE-tubes and QQQ-GC/MS detection modified from the standard SFS-EN 16691. The method was used to take part in an international proficiency test for detecting PAHs in surface waters with suspended solids.

The SPE method was compared to an internal hexane extraction method with recovery tests and the results from the two methods were very consistent with each other. The limits of quantification and linearity at small concentrations were studied using water samples spiked with known quantities of a certified PAH standard. The linearity of the method was excellent at the studied levels of concentration and the method was capable of detecting very small amounts of PAHs. However the method requires recalibration for some of the compounds studied here before the limits of quantification can be reliably determined.