การวิเคราะห์ PFAS ในอากาศ ด้วยเทคนิค TD-GC/MS
สารเพอร์ฟลูออโรอัลคิลและโพลีฟลูออโรอัลคิล (Per- and polyfluoroalkyl substance; PFAS) เป็นกลุ่มสารเคมีที่ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตอย่างแพร่หลาย โดยนิยมนำมาใช้เป็นสารช่วยลดแรงตึงผิว ลดการเกาะติด เช่น สารเคลือบผิวกระทะ สารเคลือบในเส้นใยป้องกันน้ำและระบายอากาศ สารเคลือบในวัสดุหีบห่อต่างๆ เป็นต้น แต่สารกลุ่ม PFAS เป็นสารเคมีที่มีความเสถียรสูงและสามารถคงอยู่ในสิ่งแวดล้อมได้เป็นเวลานานจนได้รับฉายาว่าเป็น “สารเคมีตลอดกาล” (Forever Chemicals) ปัจจุบันมีการตรวจพบการปนเปื้อนสารกลุ่ม PFAS ในสิ่งแวดล้อม ตลอดจนปี 2548 ตรวจพบสาร PFAS ในน้ำนมแม่ (งานวิจัยจากมหาวิทยาลัยอินเดียนา มหาวิทยาลัยวอชิงตัน และสถาบันวิจัยเด็กซีแอตเทิล สหรัฐฯ) ทำให้เกิดความกังวลเกี่ยวกับผลกระทบที่เกิดขึ้น จึงมีการรณรงค์ให้เลิกใช้สาร PFAS และพัฒนาสารอื่นทดแทน เพื่อลดการปนเปื้อนสาร PFAS ในสิ่งแวดล้อมและร่างกายมนุษย์
แหล่งที่มาของสาร PFAS ที่เกิดการปนเปื้อนในสิ่งแวดล้อมที่สามารถพบได้คือแหล่งกำจัดขยะ เนื่องจากสาร PFAS ที่ถูกใช้ในสินค้าอุปโภคและวัสดุหีบห่อของสินค้าบริโภคจะถูกกำจัดรวมกับขยะเหล่านี้โดยการฝังกลบทำให้เกิดการปนเปื้อนสู่ดินและแหล่งน้ำ อีกทั้งยังสามารถปนเปื้อนสู่อากาศได้ในกรณีใช้การเผาอีกด้วย และแหล่งที่มาของสาร PFAS อีกหนึ่งแห่งคือโรงงานอุตสาหกรรมที่ยังมีการใช้สาร PFAS ในการผลิตก็อาจเกิดการปนเปื้อนสู่สิ่งแวดล้อมได้เช่นเดียวกัน สำหรับวิธีการวิเคราะห์สาร PFAS ในตัวอย่างสิ่งแวดล้อมสามารถสกัดโดยใช้ตัวทำละลายอินทรีย์กรณีเป็นตัวอย่างของแข็งหรือของเหลวเช่น ดิน หรือ น้ำ หรือใช้หลอดเก็บตัวอย่างที่บรรจุตัวดูดซับ (Sorbent Tube) เพื่อเก็บตัวอย่างอากาศ แล้วนำมาวิเคราะห์ด้วยเทคนิคโครมาโทกราฟี (Chromatography)
สำหรับตัวอย่างอากาศวิธีการเก็บตัวอย่างอากาศผ่านหลอดเก็บตัวอย่างที่มีตัวดูดซับเฉพาะสำหรับสารกลุ่ม PFAS ช่วยเพิ่มความจำเพาะเจาะจงในการสกัด ก่อนนำไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิคแก๊สโครมาโทกราฟี (Gas Chromatography; GC) ซึ่งเป็นวิธีการสกัดสาร PFAS ที่รองรับตัวอย่างอากาศที่มีปริมาตรสูงสุด 300 ลิตรสำหรับหลอดเก็บตัวอย่างชนิดแก้ว (Glass Sampling Tube) หรือ 500 ลิตรสำหรับหลอดเก็บตัวอย่างชนิดสแตนเลส (Stainless Steel Sampling Tube) ซึ่งการเก็บตัวอย่างด้วยวิธีนี้เป็นขั้นตอนการเพิ่มความเข้มข้น (Pre-Concentration) ก่อนนำไปวิเคราะห์ อีกทั้งยังเป็นการช่วยเพิ่มความไวให้กับวิธีวิเคราะห์สาร PFAS ในตัวอย่างอากาศ ดังแสดงในรูปที่ 1
รูปที่ 1 แสดงการเพิ่มความเข้มข้นของสารด้วยวิธีการเก็บตัวอย่างด้วยหลอดเก็บตัวอย่างและเทคนิค Thermal Desorption
สำหรับเทคนิค Thermal Desorption (TD) เป็นเทคนิคที่ช่วยสกัดสารโดยไม่ใช้ตัวทำละลาย มีขั้นตอนการทำงานแบ่งเป็น 2 ขั้นตอนคือ Extraction และ Desorption ดังแสดงในรูปที่ 2
รูปที่ 2 แสดงขั้นตอนการทำงานของ Thermal Desorption
1.Extraction เป็นขั้นตอนการสกัดสารออกจากตัวอย่างจากหลอดเก็บตัวอย่างโดยการให้ความร้อน เพื่อชะสารที่สนใจเข้าสู่ Focusing trap ที่มีตัวดูดซับบรรจุอยู่ร่วมกับการให้ความเย็นเพื่อดักจับสารที่สนใจไว้ ขั้นตอนนี้เป็นขั้นตอนการเพิ่มความเข้มข้นของสารตัวอย่างและกำจัดความชื้นออกจากตัวอย่าง
2.Desorption เป็นขั้นตอนการชะสารที่สนใจออกจาก Focusing Trap ด้วยการให้ความร้อนอย่างรวดเร็วเพื่อชะสารเข้าสู่เครื่อง GC เพื่อวิเคราะห์ถัดไป
นอกจากนี้เครื่อง Thermal Desorption ยี่ห้อ MARKES International ยังออกแบบระบบการทำงานเป็นแบบ Backflush Desorption เพื่อให้การชะสารที่สนใจเข้าสู่ระบบ GC เป็นไปอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้ได้ผลการวิเคราะห์ที่ง่ายต่อการประมวลผล ลดการเกิด Tailing ของพีก และฟังก์ชัน Re-collection ที่สามารถเก็บตัวอย่างไว้วิเคราะห์ซ้ำได้ เหมาะสำหรับตัวอย่างอากาศที่ไม่สามารถย้อนเวลากลับไปเก็บได้ที่สภาวะเดิมได้ เป็นต้น
ในบทความนี้จะเป็นการเก็บตัวอย่างอากาศเพื่อวิเคราะห์สาร PFAS 19 ตัวจาก 4 กลุ่ม ดังนี้
-Perfluoroalkyl Carboxylic Acids/carboxylates (PFCAs)
-Fluorotelomer Alcohols (FTOHs)
-Fluorotelomer Aarboxylic acids (FTCAs)
-Perfluorooctane Aulfonamides (FOSAs)
หลอดเก็บตัวอย่างและ Trap
-PFAS Extended volume tubes (C3-AAXX-5426)
-PFAS focusing trap (U-T24PFAS-2S)
การเก็บตัวอย่าง
ดูดตัวอย่างอากาศผ่านหลอดเก็บตัวอย่างด้วยปั๊มที่ควบคุมอัตราการไหลที่ 100 มิลลิลิตรต่อนาที เก็บตัวอย่างจนครบ 300 ลิตร จากนั้นจึงนำหลอดเก็บตัวอย่างไปวิเคราะห์ด้วยเทคนิค TD-GC-MS/MS
การเตรียมสารมาตรฐาน
Spike สารมาตรฐานผสม ความเข้มข้น 10-5000 pg/μLลงบนหลอดเก็บตัวอย่าง จากนั้น Purge ไล่ตัวทำละลายด้วยแก๊สไนโตรเจนเป็นเวลา 60 นาที เติมสารละลาย Toluene-d8 ในทุกหลอดเก็บตัวอย่างเพื่อใช้เป็น Internal Standard
สรุปผลการวิเคราะห์
การใช้เทคนิค TD-GC-MS/MS ในการวิเคราะห์สาร PFAS ที่สนใจทั้ง 19 ชนิด มีค่า MDL ของการวิเคราะห์เฉลี่ย 31.2 pg/m3 ซึ่งถือว่าเป็นค่าที่มีระดับต่ำแสดงถึงประสิทธิภาพที่ดีที่จะนำมาใช้ในการวิเคราะห์สาร PFAS ที่ปนเปื้อนในอากาศ
การสกัดสาร PAFS ในอากาศด้วยเทคนิค Thermal Desorption เป็นเทคนิคที่มีความจำเพาะต่อสารที่สนใจ ช่วยลดตัวรบกวนและเพิ่มความเข้มข้นก่อนวิเคราะห์ส่งผลต่อความไวในการวิเคราะห์ อีกทั้งยังเป็นวิธีการสกัดที่ไม่ใช้ตัวทำละลายอินทรีย์จึงช่วยลดของเสียจากห้องปฏิบัติการและเพิ่มความปลอดภัยให้กับผู้ปฏิบัติงานอีกด้วย
นอกเหนือจากการเก็บตัวอย่างอากาศเพื่อวิเคราะห์สาร PFAS แล้ว ยังสามารถเลือกหลอดเก็บตัวอย่างให้เหมาะสมเพื่อวิเคราะห์สารอินทรีย์ระเหยได้ (VOCs) อื่นได้อีกด้วย