Kaum eine Stoffgruppe steht derzeit so stark im Spannungsfeld von Umweltanalytik und Regulierung wie PFAS. Damit wächst auch die Bedeutung von Summenparametern wie AOF, EOF und TOF in der Analytik und deren Beitrag zur umfassenderen Erfassung von Umweltkontaminationen. Warum klassische Einzelstoffanalysen an ihre Grenzen stossen und welche Rolle moderne Methoden und Regulierung künftig spielen.
Was die Industrie über viele Jahre hinweg an PFAS schätzte und gezielt nutzte – ihre aussergewöhnliche chemische Stabilität –, macht sie heute zu einer der langlebigsten Umweltkontaminationen unserer Zeit. Aufgrund ihrer hohen Persistenz verbreiten sie sich weltweit in Gewässern, Böden und biologischen Systemen.
Für die analytische Praxis ergibt sich daraus eine zentrale Herausforderung: die zuverlässige Erfassung dieser langlebigen Chemikalien. Derzeit sind mehr als 10 000 PFAS-Verbindungen bekannt. Konventionelle zielgerichtete Verfahren wie LC-MS/MS oder GC-MS/MS können jedoch nur einen kleinen Ausschnitt davon quantitativ bestimmen. In der Routineanalytik werden meist lediglich einige Dutzend definierte Zielsubstanzen erfasst. Ein erheblicher Anteil potenziell vorhandener fluorierter Verbindungen bleibt damit analytisch unsichtbar.
Vor diesem Hintergrund gewinnen sogenannte Summenparameter zunehmend an Relevanz. Sie ermöglichen eine übergreifende Bewertung der Belastung einer Probe mit organisch gebundenem Fluor und stellen damit ein wichtiges Werkzeug für Screeningprogramme und Umweltmonitoring dar.
Warum Summenparameter immer wichtiger werden
Im Unterschied zur klassischen Einzelstoffanalytik liefern Summenparameter keine Aussagen zu einzelnen Verbindungen, sondern erfassen die Gesamtmenge einer Stoffklasse ohne zwischen einzelnen Verbindungen zu unterscheiden.
Diese Eigenschaft ist gleichzeitig Vorteil und Einschränkung: Während auch unbekannte oder analytisch schwer zugängliche Verbindungen berücksichtigt werden können, lassen sich keine direkten Aussagen über spezifische PFAS-Einzelsubstanzen treffen.
Gerade für Anwendungen wie Belastungsscreenings, Trendanalysen oder die Priorisierung belasteter Untersuchungsgebiete sind Summenparameter jedoch von grosser Bedeutung.
Drei zentrale Kenngrössen der PFAS-Summenanalytik
In der PFAS-Analytik haben sich insbesondere drei Summenparameter etabliert:
- AOF – Adsorbierbares organisch gebundenes Fluor: ideal für Wasserproben
- EOF – Extrahierbares organisch gebundenes Fluor: kann für alle Proben verwendet werden und ist präferierte Methode für primär anorganische Proben, wie Erde
- TOF – Gesamtes organisch gebundenes Fluor: wird für feste Proben, die direkt verbrennt werden können, wie Lebensmittelkontaktverpackungen, verwendet. Im Vergleich zum Gesamtfluor (TF) besitzen diese Parameter den Vorteil, dass anorganisches Fluorid nicht miterfasst wird. Dadurch richtet sich der Fokus gezielt auf organisch gebundene Fluorverbindungen.
Zu berücksichtigen ist jedoch: Die Parameter erfassen nicht ausschliesslich PFAS. Auch andere fluorhaltige organische Verbindungen, etwa fluorierte Pflanzenschutzmittel, pharmazeutische Wirkstoffe oder industrielle Fluorchemikalien, werden mitberücksichtigt. Die Werte dienen daher als Gesamtindikator für organisch gebundenes Fluor.
Verbrennungs-Ionenchromatographie: etabliertes Verfahren
Zur Bestimmung dieser Summenparameter wird häufig die Verbrennungs-Ionenchromatographie (Combustion Ion Chromatography, CIC) eingesetzt. Das Verfahren kombiniert die thermische Zersetzung der Probe mit der quantitativen Analyse des freigesetzten Fluorids.
Der analytische Ablauf gliedert sich in mehrere Schritte:
- Probenvorbereitung und Aufgabe
Die Probe wird in ein Keramikboot eingebracht und anschliessend in das Verbrennungsmodul überführt.
- Pyrohydrolyse (Verbrennung)
Im Hochtemperaturofen erfolgt eine kontrollierte Verbrennung unter Sauerstoff- und Argonatmosphäre. Organische Fluorverbindungen werden dabei vollständig zersetzt.
- Absorption (Aufnahme der Zersetzungsprodukte)
Die entstehenden gasförmigen Produkte werden in eine Absorptionslösung geleitet, in der das Fluor als Fluorid absorbiert wird.
- Quantifizierung mittels Ionenchromatographie
Das gebildete Fluorid wird anschliessend durch mittels Ionenchromatographie bestimmt und entspricht dem ursprünglich organisch gebundenen Fluoranteil der Probe.
Durch seine Robustheit eignet sich das Verfahren für unterschiedlichste Matrizes und bildet die Grundlage zahlreicher Summenparameter-Methoden.
Unterschiedliche Probenvorbereitung für AOF, EOF und TOF
Beim AOF-Verfahren werden organisch gebundene Fluorverbindungen aus Wasserproben zunächst an Aktivkohle angereichert. Die beladene Aktivkohle wird dann analysiert. Das Verfahren eignet sich besonders für wässrige Proben und weist methodische Parallelen zu etablierten AOX-Methoden auf.
Für die EOF-Bestimmung wird die Probe – insbesondere bei komplexen oder biologischen Matrizes – zunächst homogenisiert. Anschliessend werden die Organofluorverbindungen mit geeigneten Lösungsmitteln extrahiert. Diese Vorgehensweise eignet sich für alle Proben, aber insbesondere solche mit hohem anorganischem Anteil.
Der TOF-Wert wird indirekt aus der Differenz zwischen Gesamtfluor (TF) und anorganischem Fluor (TIF) berechnet:
• TF: Direkte Bestimmung der Probe
• TIF: Analyse nach Vorveraschung zur Entfernung organischer Bestandteile
Die Differenz liefert den Anteil des gesamten organisch gebundenen Fluors. Voraussetzung hierfür ist jedoch eine saubere Trennung zwischen organischen und anorganischen Fluoranteilen.
Regulatorik und Standardisierung gewinnen an Dynamik
Auf regulatorischer Ebene spiegelt sich insbesondere die wachsende Erkenntnis wider, dass PFAS weiter verbreitet sind als angenommen. Durch die potenziell gesundheitsschädliche Wirkung hat sich ihre analytische Relevanz deutlich erhöht.
In der Schweiz wird die PFAS-Belastung in Wasserproben oder Lebensmittel derzeit anhand der Summe ausgewählter PFAS-Verbindungen kontrolliert. Dies hat den Nachteil, dass die tatsächliche Gesamtbelastung nicht vollständig erfasst werden kann. Gleichzeitig gibt es in der EU Bestrebungen, neben Grenzwerten für gezielt-analysierbare Verbindungen zusätzlich Summenparameter einzuführen.
Für die Bestimmung solcher Summenparametern existieren bereits heute normative Grundlagen, darunter:
- ISO 18127, DIN 38409-59 und US EPA Methode 1621 für die AOF-Bestimmung in Wasserproben mittels CIC
- ISO 20999 für die Bestimmung von Gesamthalogengehalt in Textilien mittels CIC
Diese leisten einen wichtigen Beitrag zur Standardisierung der PFAS-Analytik.
Summenparameter als Ergänzung zur Einzelstoffanalytik
Die enorme Stoffvielfalt der PFAS macht deutlich, dass zielgerichtete Analysen allein die tatsächliche Gesamtbelastung häufig nicht vollständig erfassen können.
Summenparameter wie AOF, EOF und TOF erweitern die analytischen Möglichkeiten, indem sie eine integrale Bewertung organisch gebundenen Fluors ermöglichen. Zusammen mit der CIC-Technologie entsteht so ein leistungsfähiger Ansatz für Umweltmonitoring und Screeninguntersuchungen.
Mit zunehmenden regulatorischen Anforderungen dürfte die Bedeutung solcher Summenparameter weiter wachsen. Sie verbinden umfassende Umweltbewertung mit klassischer Einzelstoffanalytik und entwickeln sich damit zu einem zentralen Baustein moderner PFAS-Analytik, wodurch regulatorische Entscheidungen eine fundierte Basis erhalten und Massnahmen gezielt ergriffen werden können.
Lucia Meier, Chemikerin bei Metrohm
