Résumé
Cette note d’application présente un flux de travail entièrement automatisé pour l’extraction des PFAS à partir de matrices de sol en utilisant la station ePrep ONE. La procédure validée couvre une gamme complète de composés PFAS avec une intervention manuelle minimale, ne nécessitant qu’une seule étape d’évaporation manuelle. La méthode atteint une sensibilité analytique remarquable avec une LOQ de 0,02 µg/kg et une LOR de 0,1 µg/kg, tout en délivrant l’extrait directement dans des flacons de passeur automatisé pour une analyse par LC-MS/MS.
La validation de la méthode montre d’excellentes performances, avec des rendements de 81 à 131 % et des RSD inférieurs à 5 % pour des extractions répétées (n = 10), confirmant une quantification fiable à partir de matrices de sol complexes. Le flux de travail automatisé permet des adaptations propres au laboratoire tout en maintenant une rigueur analytique, ce qui le rend adapté aux analyses environnementales à haut débit.
L’association de l’automatisation, de la précision et des performances établit une nouvelle référence pour l’analyse des PFAS dans les sols.
INTRODUCTION
Les substances perfluoroalkylées (PFAS) sont des composés chimiques synthétiques connus comme « polluants éternels » en raison de leur persistance extrême dans l’environnement. Ces composés à base de fluor sont largement utilisés dans des produits tels que les ustensiles de cuisine antiadhésifs, les tissus imperméables et les mousses anti-incendie. Leur capacité à contaminer les sols et les ressources en eau à l’échelle mondiale a suscité des préoccupations environnementales et sanitaires importantes, les PFAS pouvant être retrouvés même dans des régions reculées de la planète.
Les méthodes traditionnelles d’analyse des PFAS dans des échantillons de sol contaminé impliquent souvent une extraction sur phase solide (SPE) et une filtration dans le cadre du processus de purification. Cependant, ces techniques peuvent requérir beaucoup de main-d’œuvre et être chronophages.
Le robot ePrep ONE est une station robotisée de préparation d’échantillons présentant plusieurs avantages uniques. L’une de ses caractéristiques clés est la technologie automatisée d’échange de seringues, qui permet d’utiliser des seringues de volumes différents dans un même flux de travail. Cette flexibilité améliore la polyvalence de l’instrument. De plus, le système utilise des seringues sans Téflon, ce qui est crucial pour éviter toute contamination par le Téflon, une source potentielle de PFAS.
Le robot ePrep ONE dispose également d’une agitation magnétique multi position avec des billes revêtues de polypropylène pour briser les agglomérats de sol, ainsi que d’une technologie brevetée de mélange à grande vitesse pour améliorer l’efficacité de l’extraction.
Cette note d’application montre comment la station automatisée ePrep ONE permet d’extraire les PFAS à l’état de trace à partir d’échantillons de sol, en utilisant une SPE intégrée pour rationaliser la préparation des échantillons et réduire les coûts.
INSTRUMENTATION
LC-MS/MS
Instrument : LC-MS/MS
Colonne : colonne C18, 2,1 mm × 50 mm, taille de particule 2,7 µm
Débit : 0,5 mL/min
Volume d’injection : 10 µL
Température de colonne : 45 °C
Phase mobile A : 5 mM d’acétate d’ammonium et 0,1 % d’acide acétique dans de l’eau ultrapure
Phase mobile B : 0,1 % d’acide acétique dans 95 % d’acétonitrile et 5 % de phase A,
Gradient : durée totale 10 minutes
Tableau du gradient
MS/MS
Modèle : spectromètre de masse à triple quadripôle
Polarité : négative
Curtain Gas : 30 psi
Gaz de collision : 9 L/min
Tension de la source (Ion Spray Voltage) : –4500 V
Température de la source : 450 °C
Gaz source 1 : 60 psi
Gaz source 2 : 50 psi
FLUX DE TRAVAIL
Flux de travail automatisé ePrep pour la préparation des échantillons
Ce qui suit décrit le flux de travail pour la préparation et l’extraction d’échantillon de contrôle laboratoire en utilisant des prélèvements de sols. Il permet une préparation sans surveillance, à l’exception de la pesée de l’échantillon de sol (2 g) dans le flacon d’extraction PP (polypropylène) de 20 mL et de l’étape d’évaporation hors ligne.
Le processus de dopage (spiking) des échantillons, à la fois pour le mélange de PFAS et pour la solution d’étalon interne (IS), est optimisé pour la précision. En réglant les vitesses d’aspiration à 30 µL/s avec une pause de 1 seconde, le système minimise la cavitation du solvant dans la seringue, garantissant un transfert quantitatif. Ce niveau de contrôle est crucial pour maintenir l’exactitude de l’ajout des étalons et des solutions de dopage.
Un avantage clé du système ePrep est sa capacité à accueillir 12 seringues ou outils, offrant une grande flexibilité dans l’utilisation des seringues. La capacité du système à dédier des seringues spécifiques à certaines tâches, identifiées par des numéros de série uniques et des étiquettes RFID, est une caractéristique remarquable. Le fait de pouvoir dédier des seringues à des solutions spécifiques (par exemple, le mélange d’étalons internes) améliore fortement la robustesse de la méthode analytique en empêchant la contamination croisée entre la solution de dopage PFAS et l’étalon interne.
Le processus d’extraction est optimisé pour la rapidité et l’efficacité. L’ajout rapide de 15 mL de solvant d’extraction à l’aide d’un distributeur, plutôt que d’une méthode par seringue plus lente, permet de gagner du temps. L’approche d’agitation magnétique est particulièrement efficace, nécessitant généralement seulement 5 minutes, contre des procédés traditionnels de retournement (tumbling) pouvant durer jusqu’à une heure.
L’intégration de la SPE (Solid Phase Extraction) dans le flux de travail automatisé est une caractéristique importante. Le système transfère 6 mL de l’extrait d’échantillon à travers une cartouche SPE vers un tube KD de 10 mL. Le conditionnement sur le robot de la cartouche SPE avec du méthanol et le solvant d’extraction (3 % NH₄OH dans un mélange 50:50).
Le collecteur de solvants (solvent manifold), avec plusieurs entrées pour différents solvants et une ligne de déchets, facilite une distribution efficace des solvants et la gestion des déchets, ce qui est particulièrement utile pour le conditionnement et le lavage des cartouches SPE.
Le lavage approfondi de la seringue avec un mélange 50:50 d’alcool isopropylique ou de méthanol et d’eau après chaque étape de SPE est une étape critique pour minimiser la contamination.
La fonction de validation du logiciel est un outil précieux pour garantir la suffisance des réactifs tout au long du flux de travail. En calculant les volumes nécessaires de solutions et en les comparant au volume total défini, elle empêche les potentielles interruptions de flux de travail dues à un volume de réactif insuffisant.
Dans l’ensemble, ce système automatisé représente une avancée significative pour l’analyse des PFAS à partir d’échantillons de sol, en offrant une précision améliorée, une réduction des risques de contamination et une efficacité accrue par rapport aux méthodes manuelles traditionnelles.
(Figure 2 : image du deck ePrep – capture écran du logiciel.)
PARTIE EXPERIMENTALE
Dix échantillons de contrôle laboratoire ont été préparés. 2 g d’échantillon de sol ont été dopés avec des substituts marqués en masse à une concentration de 10 µg/L et des analytes PFAS à 12,5 µg/L. Le pourcentage de recouvrement (% Recovery) et le RSD (%) pour chaque composé sur ces 10 échantillons ont ensuite été déterminés et sont présentés dans le Tableau 1. Au total, 30 composés PFAS ont été analysés.
Les échantillons ont été préparés en incluant des blancs de méthode, des duplicas, des matrices dopées (matrix spikes) et des duplicas de matrices dopées. L’incertitude de mesure a été évaluée à l’aide de 7 réplicas d’une matrice propre enrichie à faible, moyenne et forte concentrations de PFAS : 12,5, 250 et 1000 µg/L. La robustesse a été évaluée en analysant quatre types de sols différents (sableux, argileux, glaiseux et sombre avec matière organique).
RÉSULTATS ET DISCUSSION
Tableau 1. Données montrant le pourcentage de recouvrement (%Recovery) et le pourcentage de RSD (%RSD) de 30 composés PFAS dans des échantillons de contrôle laboratoire à une concentration de 12,5 µg/L, n = 10.
Figure 3 : Recovery (%) et RSD (%) pour 30 composés PFAS dans un LCS surchargé à 12,5 µg/L, n = 10.)
La figure 3 illustre les performances de la station ePrep ONE pour l’analyse des PFAS à travers des études des échantillons de contrôle laboratoire (LCS) réalisées à une concentration de 12,5 µg/L (n = 10). Les données présentent deux indicateurs clés : le pourcentage de recouvrement (%Recovery, barres bleues) et le pourcentage de déviation standard relative (%RSD, ligne rouge) pour un ensemble complet de composés PFAS.
Les valeurs de recouvrement se situent systématiquement dans les critères d’acceptation de la méthode (70–130 %) pour toutes les classes de composés, y compris les PFCAs (PFBA à PFDoA), les PFSAs (PFBS à PFDS), les fluorotélomères sulfonates (4:2–10:2 FTS) et les sulfonamides / acides sulfonamidoacétiques. Les pourcentages de recouvrement vont d’environ 80 % à 120 %, démontrant une excellente exactitude sur l’ensemble des analytes.
La précision de la méthode, représentée par le %RSD, est également très bonne, avec des valeurs généralement inférieures à 4 % pour la plupart des composés, ce qui souligne la reproductibilité du processus automatisé de préparation d’échantillons.
Cette combinaison de recouvrements élevés et de faibles RSD confirme la capacité de la plateforme à fournir une analyse PFAS fiable et cohérente à travers plusieurs classes de composés.
Tableau 2. Données montrant le pourcentage de recouvrement et le pourcentage de RSD pour 30 analytes PFAS dans des échantillons de contrôle laboratoire (LCS) et des échantillons de sol sur trois niveaux de concentration (PFAS dopés) – Analyse par LC-MS/MS.
Figure 4 : Recovery (%) et RSD (%) pour 30 composés PFAS aux trois niveaux de concentration dans les LCS.
La figure illustre les performances analytiques robustes de la station ePrep ONE à travers plusieurs niveaux de concentration de PFAS (12,5, 250 et 1000 µg/L, n = 10). Les valeurs de recouvrement (barres bleues) restent systématiquement dans les critères d’acceptation de la méthode (70–130 %) pour toutes les classes de PFAS, des PFCAs à chaîne courte aux sulfonamides complexes. La précision de la méthode, indiquée par le %RSD (ligne rouge), montre une excellente reproductibilité, la majorité des composés présentant un RSD inférieur à 15 %.
CONCLUSION
Cette note d’application démontre les performances de la station ePrep ONE pour l’extraction des PFAS dans les sols. Le flux de travail décrit nécessite un minimum d’intervention manuelle, l’automatisation prenant en charge toutes les étapes, de l’extraction au transfert final dans des flacons de passeur automatisé.
La validation de la méthode montre d’excellentes performances avec des recouvrements de 81 à 131 % et des RSD de 1 à 4,8 % sur 10 extractions répétées, ce qui témoigne d’une précision élevée malgré les matrices de sol complexes.
La capacité de la méthode à monter en cadence permet la préparation sans surveillance de jusqu’à 60 échantillons de sol, améliorant significativement la productivité du laboratoire. Avec des recouvrements moyens de 79,3 à 106,2 % et des RSD inférieurs à 15 % pour la plupart des composés, le flux de travail automatisé satisfait à des critères de validation stricts tout en offrant des performances analytiques constantes.
ANNEXE 1
Liste des références pour l’application PFAS dans les sols
