Solvent-free quantification for selected volatile organics in Arctic air : application of thermal desorption-gas chromatography-mass spectrometry Lina Aarsbog

Abstract

Perfluorocarbons (PFCs) are a group of human-made fluorinated organic chemicals, which have been used in the industry since the 1950s. The group holds a variety of structures, and the stable CF-bond makes them thermal and chemically stable, but also hydrophobic and lipophobic. Many are persistent and have the potential to bioaccumulate. Some of these compounds have since the 2000s been detected in various matrices around the world. The detection of these compounds in remote locations like the Arctics suggests that long-range transport of these compounds is possible. Because of this fate, screening programs focus on new contaminants detected in the Arctic. A list of 13 volatile PFCs was selected as target analytes based on previous screening studies. Also, eight biogenic volatile organic compounds were included as target analytes. Emissions from volatile organics have been studied for decades. Biogenic VOCs are mainly vegetation based emission, unlike the PFCs. Thermal desorption- gas chromatography coupled with tandem mass spectrometry (TD-GC-MS/MS) method was successfully developed for six PFC in electron capture negative ion chemical ionization (ECNICI). Further, a TD-GC-MS/MS method for three PFCs and three VOCs were validated with electron ionization (EI). The limit of quantification (LOQ) ranged from 0.06 to 0.69 ng/m3 for the PFCs and from 1.81 to 16.09 ng/m3 for the VOCs. Contamination issues in the instrumental blanks elevated the LOQs. Apparent recoveries, at 500 pg, ranged for PFCs from 40.4 to 71.8%, and for VOCs from 86.7 to 103.7%. Low volume air samples were collected indoor and outdoor in the settlements of Barentsburg and Longyearbyen, Svalbard, Norway. All validated compounds were detected from below the LOQ to above the upper limit of quantification. There were detected higher levels of all compounds in indoor samples than in outdoor samples. Because of field blanks left open during the time of sampling, the possibility of contamination during transport and storage is present.

Perfluorinerte karboner er en gruppe menneskeskapte fluoriserte kjemikalier, som har vært brukt i industrien siden begynnelsen på 1950-tallet. Disse forbindelsene kan ha mange strukturer. Karbon-fluor bandet gir de egenskaper som termisk og kjemisk stabilitet, i tillegg til a være vann og fett avstøtende. På grunn av dette kan de opptre som ved- varende forbindelser i miljøet. Noen slike perfluorinerte forbindelser har vært detektert siden 2000-tallet i en mengde forskjellig prøvemateriale. Identifisering av vedvarende forbindelser i utenforliggende områder foreslår at disse forbindelsene kan transporteres over lange avstander i atmosfæren. På grunn av dette, fokuserer screeningprogram å identifisere nye perfluorinerte forbindelser i avsidesliggende områder som Arktis. Tretten forbindelser ble valgt på bakgrunn av tidligere screeningundersøkelser. I ti- legg ble åtte biogene flyktige forbindelser lagt til i målforbindelsene. Utslipp fra flyktige forbindelser har blitt studert i tiår og biogene utslipp kommer stort sett kun fra vegetasjon i motsetning til perfluorinerte forbindelser. En metode basert pa termo desorpsjon-gass kromatografi koblet med tandem mass- espektrometer ble utviklet for seks perfluorinerte forbindelser i electronfangende kjemisk ionisering. Videre ble metoden utviklet og validert for tre perfluorinerte forbindelser og tre biogene flyktige forbindelser med elektron ionisering. Resultatene fra validering ble en kvantifiseringsgrense fra 0.06 til 0.69 ng3 for fluorinerte forbindelser og fra 1.81 til 16.09 ng3 for biogene flyktige forbindelser. Det var forurensningsproblemer i blanke prøver som hevet kvantifiseringsgrensene. Tilsynelatende gjennvinning ble regnet ut til a variere fra 40.4 til 71.8% for fluorinerte forbindelser og fra 86.7 til 103.7% for de biogene flyktige forbindelsene. Luftprøver av lavt volum ble samlet innendørs og utendørs i bosetningene Barentsburg og Longyearbyen, Svalbard, Norge. Alle de validerte forbindelsene ble detektert fra under kvantifiseringsgrensen til over den konsentrasjoner utenfor den lineære kurven. Gjennomsnittlig var det høyere nivåer innendørs enn utendørs. Felt prøver ble etterlatt åpne under hele prøvetakningsperioden som gjør det vanskelig å utelukke forurensninger fra transportering og lagring av prøvene.