Problematiche connesse alle analisi dei PCB su

Milano 26 -2-2014 Workshop «Le prove Ambientali UNICHIM»
.
Problematiche analitiche nell’analisi
dei PCB su matrici ambientali
Marco Volantea, Mauro Scagliaa, Marco Bernardelloa, Marika Cividatia,
Paolo Rinaldia, Sabrina Scolaria, Simona Spagnolia
Laura Clericib, Livio Maurib, Marina Astorib, Nicla Leonib
aARPA
LOMBARDIA
U.O. Laboratorio di Brescia
bARPA
LOMBARDIA
U.O. Laboratorio di Milano
Excursus … storico
I primissimi approcci nella determinazione dei PCB consideravano l’area totale di
tutti i congeneri utilizzando l’ECD (cattura di elettroni) come rivelatore selettivo…
• Problemi di reperire degli standard adeguati, soprattutto
in casi di determinazione nelle matrici ambientali di
prodotti commerciali diversi , in miscela;
• Problemi di non esenza da interferenze del detector ECD
e di adeguata purificazione dell’estratto (non tutti i
metodi possono essere compatibili)
• Problemi legati alla differente risposta dei congeneri al
detector ECD in funzione del grado di clorurazione (n di
atomi di cloro sulla molecola)
Cfr. EPA method 608 ….
Approccio mediante GC-MS
• Detector dotato di altissima selettività: diventa possibile determinare tutti i
congeneri singolarmente
• Diventa però necessario esprimere i PCB totali come somma di tutti i congeneri
determinati
• E’ particolarmente oneroso dover determinare singolarmente tutti i 209
congeneri
• I parametro PCB totali come somma diventa quindi funzione del numero di
congeneri determinati
Negli anni si può assistere ad un progressivo affinamento dei
metodi a cui fa riscontro un miglioramento delle
performances analitiche….
Circuito
%A PCB 138
%A PCB 153
%A PCB 180
Critici
IOCL2-2008
18,4
8,1
7,9
77, 81, 123, 126, 169
IOCL4-2009
10,5
12,5
17,1
52, 81, 123, 157, 167, 169
IOCL5-2010
11,3
7,5
5,7
81, 123, 169
IOCL6-2010
5,8
3,8
0,0
77, 81, 114, 123, 126, 169
PCBS1-2011
14,3
8,8
3,6
81, 123, 169
PCBS2-2011
1,3
1,9
1,9
81, 123, 169
PCBS3-2012
1,3
0,6
1,3
28, 81, 123, 169, 28+31
PCBS4-2012
1,9
1,9
1,9
28, 81, 123, 128, 167
PCBS5-2013
3,7
2,5
1,8
81, 128, 169
PCBS6-2013
0,0
0,6
0,0
169, 28+31
La % dei «segnali di azione» (A) diminuisce nel tempo nei circuiti inter-laboratorio UNICHIM
…. come già anche evidenziato nelle scorse sessioni plenarie UNICHIM
La maggiore affidabilità dei metodi GC-MS e soprattutto HR-GC-MS appare qui evidente
PCB come somma di congeneri: approcci vari….
.
considerare i congeneri che maggiormente residuano nell’ambiente e negli alimenti
• es. ISS nel grasso animale: considerava la somma (1998-2000) di 7 congeneri (PCB 28, 52,
105, 118, 138, 153, 180) poi incrementata a 18 ( con PCB 95, 99, 101, 110, 146, 149, 151,
170, 177, 183, 187) che rappresentavano 80-90% dei congeneri che residuano nel grasso
animale, ora ridotti a 6 congeneri markers (28, 52, 101, 138, 153, 180)
• Metodo EPA 8020-A es. prevede l’analisi dei PCB – con ECD - sia come Aroclors sia come
singoli congeneri (PCB 1, 5, 18, 31, 44, 52, 66, 87, 101, 110, 138, 141, 151, 153, 170, 180,
183, 187, 206) che rappresentano i 19 congeneri più significativi nella composizione degli
Aroclor ma non quelli più significativi dal punto di vista tossicologico
Il rapporto APAT
« I° Rapporto Task Force Metodologie Siti Contaminati »
.
Il documento APAT prende in considerazione diverse sommatorie tra cui
queste, sui cui vale la pena di soffermarsi:
Sommatoria WHO (12): le linee guida proposte dall’Organizzazione Mondiale della Sanità (WHO) prevedono la
ricerca dei soli 12 congeneri definiti “dioxin-like”: 81, 77, 123, 118, 105, 114, 126, 167, 156, 157, 169, 189. I
risultati dei singoli congeneri vengono sommati per ottenere il parametro sommatoria WHO.
Sommatoria WHO – TEF (12): allo scopo di ottenere un’informazione suppletiva per il precedente parametro, il
WHO ha proposto dei coefficienti di tossicità equivalente (TEQ) in analogia a quanto previsto per le Diossine e i
Furani (il fattore di tossicità 1 spetta alla 2,3,7,8-TCDD più tossica). I singoli congeneri vengono quindi moltiplicati
per opportuni fattori di tossicità e poi sommati.
Sommatoria PNR (18): in analogia con quanto proposto dal WHO l’Istituto Superiore di Sanità ha avviato il Piano
Nazionale Residui (PNR) che prevede la ricerca in campo alimentare di 18 congeneri: 28, 52, 95, 101, 99, 110, 118,
105, 151, 149, 146, 153, 138, 187, 183, 177, 180, 170. Anche in questo caso i risultati dei singoli congeneri
vengono sommati per ottenere il parametro Sommatoria PNR.
Il documento affronta il problema della rappresentatività
nel caso di ipotesi diverse di sommatorie a confronto…
«… Nel grafico 10 infine sono riassunti i risultati relativi a tutte le diverse campagne, considerando anche la
campagna su aree pedemontane svolta dal Dipartimento di Grugliasco dell’ARPA Piemonte (circa 40 campioni).
Viene ampiamente confermata la maggiore rappresentatività ambientale della sommatoria dei congeneri
previsti dal Piano Nazionale Residui. …»
Conclusioni del documento APAT sui PCB
.
Poiché i dati sperimentali e le normative in ambito internazionale evidenziano che non è significativo
dello stato di inquinamento da PCB determinare tutti i 209 congeneri e data la notevole onerosità e
tempistica delle analisi per i laboratori, potrebbe essere utile semplificare la ricerca di tale parametro
limitandosi ad un numero ristretto di congeneri scelti tra i più significativi, quali:
• I PCB previsti dal WHO (n. 12 congeneri), seppur meno significativi come distribuzione
nell’ambiente (rappresentano circa il 10% dei totali) debbono comunque essere valutati al fine di
stabilire la reale tossicità del campione;
• I PCB previsti dal Piano Nazionale Residui (n. 18 congeneri) decisamente più significativi dei
precedenti come distribuzione ambientale (circa il 60% dei totali), anche se non dal punto di vista
tossicologico.
Considerando che le sommatorie (18 +12) hanno in comune due soli PCB (IUPAC 105 e IUPAC 118),
con la determinazione di soli 28 congeneri si ottiene una sommatoria in grado di rappresentare circa
il 70% dei PCB totali comprendendo anche i PCB tossicologicamente più interessanti.
Sinteticamente si riportano i nomi IUPAC associati: IUPAC 28, 52, 77, 81, 95, 99, 101, 105, 110, 114,
118, 123, 126, 138, 146, 149, 151, 153, 156, 157, 167, 169, 170, 177, 180, 183, 187, 189.
Problemi nella determinazione dei PCB Dioxin-like
• Notevolmente interferiti nel caso di alcuni congeneri, come anche
evidenziato in sede di esercizi inter-laboratorio UNICHIM
• Presenti in concentrazioni molto basse
• Si rende necessario l’approccio in alta risoluzione (HRGC-HRMS)
Approccio in alta risoluzione
HRGC-HRMS
• Notevole affidabilità della determinazione, soprattutto nel caso dei PCB Dioxin-Like
• Preparazione del campione complessa, necessità di automazione ad hoc (es.
sistemi «Power-Prep» ed analoghi) nel caso delle matrici solide, che affianca
sistemi di estrazione già consolidati (es. ASE), grossi volumi necessari per
l’estrazione di matrici acquose
• Alto costo
• Non completamente esente da problemi (es. casi di coeluizione di alcuni congeneri,
non risolvibile se non con implementazione della separazione gascromatografica)
Approccio ARPA Lombardia
• Determinazione dei seguenti 29 congeneri: 28, 52, 77, 81, 95, 99, 101, 105,
110, 114, 118, 123, 126, 128, 138, 146, 149, 151, 153, 156, 157, 167, 169, 170,
177, 180, 183, 187, 189
• Determinazione di congeneri aggiuntivi per siti particolari, ove si renda
necessario (es. BS: PCB 194, 196, 203, 209)
• Uso bassa risoluzione nella normale attività di routine, uso dell’alta
risoluzione nei casi ove si renda necessario.
• NB: i limiti del DL 152/06 si riferiscono alla sommatoria PCB totali … l’utilizzo
della bassa risoluzione nella gran parte dei casi risulta adeguato …
Compound
chlorinated dibenzo-p-dioxins
2,3,7,8-TCDD
1,2,3,7,8-PeCDD
1,2,3,4,7,8-HxCDD
1,2,3,6,7,8-HxCDD
1,2,3,7,8,9-HxCDD
1,2,3,4,6,7,8-HpCDD
OCDD
chlorinated dibenzofurans
2,3,7,8-TCDF
1,2,3,7,8-PeCDF
2,3,4,7,8-PeCDF
1,2,3,4,7,8-HxCDF
1,2,3,6,7,8-HxCDF
1,2,3,7,8,9-HxCDF
2,3,4,6,7,8-HxCDF
1,2,3,4,6,7,8-HpCDF
1,2,3,4,7,8,9-HpCDF
OCDF
WHO 1998 TEF
WHO 2005 TEF*
1
1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.0001
1
1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.0003
0.1
0.05
0.5
0.1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.01
0.0001
0.1
0.03
0.3
0.1
0.1
0.1
0.1
0.01
0.01
0.0003
WHO advises that the new WHO 2005 TEF values are used from now as they replace the previous 1998 values.
http://www.who.int/foodsafety/chem/tef_update/en/
http://www.who.int/ipcs/assessment/tef_values.pdf
L’uso
dell’alta
risoluzione
è
sicuramente
indispensabile
allorquando si debba andare a
valutare il contributo dei PCB DioxinLike, in termini di tossicità
equivalente;
Compound
WHO 1998 TEF
non-ortho substituted PCBs
PCB 77
0.0001
PCB 81
0.0001
PCB 126
0.1
PCB 169
0.01
mono-ortho substituted PCBs
PCB 105
0.0001
PCB 114
0.0005
PCB 118
0.0001
PCB 123
0.0001
PCB 156
0.0005
PCB 157
0.0005
PCB 167
0.00001
PCB 189
0.0001
Numbers in bold indicate a change in TEF value.
WHO 2005 TEF*
0.0001
0.0003
0.1
0.03
0.00003
0.00003
0.00003
0.00003
0.00003
0.00003
0.00003
0.00003
Condizioni cromatografiche - ARPA Lombardia
• MI (Hi-res) : colonna J&W DB5 60 m, 0.25 mm ø, 0.25 µm film; iniettore 290°C, transfer line
300 °C; rampa di temperatura: 100 °C per 1 min, poi 27 °C/min fino a 180°C, 1.7 °C/min fino
a 260°C e 3.8°C/min fino a 310 °C.
• BS (Hi-res): colonna J&W DB5 60 m, 0.25 mm ø, 0.25 µm film; iniettore 290°C, transfer line
300 °C; rampa di temperatura: 100 °C per 1 min, poi 27 °C/min fino a 180°C, 1.7 °C/min fino
a 260°C e 3.8°C/min fino a 310 °C. Carrier 1 ml/min. Inj. splitless, 1 min.
• BS (Lo-res) colonna Zebron-MR1-30 m, 0.25 mm ø, 0.25 µm film; iniettore 250°C, transfer
line 300 °C; rampa di temperatura: 140 °C per 2 min, poi 25 °C/min fino a 160°C (2 min), 4
°C/min fino a 210°C (10 min), 2°C/min fino a 270 °C (1 min) e 30°C/min fino a 310 °C (5 min).
Inj. splitless, 2 min.
Confronto alta risoluzione – bassa risoluzione
In questi esempi, relativi ad alcuni siti contaminati, il contributo della tossicità equivalente
relativa ai PCB Dioxin-Like alle Diossine e Furani è molto ridimensionata nell’approccio in alta
risoluzione. La discrepanza tra i dati PCB Lo-res e Hi-res sembra essere inferiore alle
concentrazioni più alte. Notevole l’impatto in vicinanza del limite TE previsto per PCDD-PCDF
per i terreni di 10 ng/Kg…..
Confronto alta risoluzione – bassa risoluzione
….nei casi presentati, uno dei maggiori contributi al disallineamento viene dal
PCB 126 (con il massimo TEF 0.1): un’ipotesi possibile di spiegazione è
l’interferenza legata a possibili coeluizioni di altri congeneri non-target nelle
condizioni cromatografiche impiegate, evidenziate in alcuni campioni reali
con elevato tenore di PCB totali (es. contributo di congeneri a maggior grado
di clorurazione con tempo di ritenzione simile).
Confronto alta risoluzione – bassa risoluzione (II)
Negli esempi prima riportati, rielaborati senza il contributo del PCB
126, i contributi dei restanti PCB Dioxin-Like, in termini di TE, tendono
a riallinearsi (non sempre..!) tra alta e bassa risoluzione….
Utilizzo di particolari tecniche di approccio
La determinazione mediante SPME-GCMS, in bassa risoluzione, costituisce un
approccio semplice e speditivo per l’analisi dei PCB nelle acque. Sensibilità adeguata.
Indispensabile una adeguata automazione a supporto della determinazione per
contenere manualità e tempi di analisi in termini competitivi/accettabili
Un utile riferimento tecnico-normato potrebbe consistere nel metodo ISO 27108 per
l’analisi dei pesticidi/biocidi nelle acque
Necessità di utilizzo di congeneri marcati come standard interni
Errore analitico nella «reale routine» ai livelli – nella migliore delle ipotesi - di quanto
previsto dalla funzione Horwitz-Thompson (CV% = ±22%); ovviamente sensibilità e
precisione-accuratezza sono migliorabili in funzione degli avanzamenti tecnologici
della strumentazione (es. GC/MS-QQQ….)

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