Miljøprojekt, 828 – Metodeudvikling og -validering kationiske detergenter

Metodeudvikling og -validering kationiske detergenter

4 Sammenfatning og konklusion

En metode til analyse af kationiske detergenter i afløbsvand er udviklet. Der blev opstillet krav til metoden, for at den kan benyttes til kationiske detergenter i afløbsvand. Metoden skal opfylde et detektionsgrænsekrav (DL) på 10 μg/L og have et måleområde fra detektionsgrænsen til 200 μg/L. Endvidere skal metoden opfylde krav svarende til kvalitetsklasse 3 i bekendtgørelse 637 /2/ samt være robust over for interferenser fra anioniske detergenter. Metoden skal kunne udvides til analyse for anioniske, kationiske og nonioniske detergenter.

Med baggrund i de stillede krav blev en litteraturundersøgelse udført med hovedvægt på kationiske detergentanalyser, både specifikke og ikke-specifikke. Litteraturundersøgelsen blev foretaget for perioden 1998 til ultimo 2001 og byggede derved videre på undersøgelsen udført af Merry et al (1999) /1/. Litteraturundersøgelsen viste, at ingen artikler eller standarder i denne periode beskriver metoder, der kunne opfylde alle de stillede krav. Derfor blev konklusionerne af Merry et al (1999) fulgt i udformningen af metoden. K.-H. Theil (2002) /8/ optimerede en metode til en opdeling i de 3 detergenttyper ved brug af fastfaseekstraktion (SPE). Metodeudviklingen bygger videre på dette arbejde.

Princippet i den udviklede metode er, at detergenterne i prøven opkoncentreres ved, at de tilbageholdes på en PPL-kolonne. Herefter elueres med 50:50 mehanol/ethylacetat i 10 mM ammoniumacetat, efterfulgt af en inddampning og genopløsning i ethylacetat. Nonioniske, kationiske og anioniske detergenter kan derefter separeres ved en fastfaseekstraktion på en alumina-kolonne. Detergenterne elueres med forskellige organiske solventer i den nævnte rækkefølge. Kationiske detergenter elueres med 95:5 metanol/trifloureddikesyre og bestemmes spektrofotometrisk ved 628 nm ved en detektionsmetode svarende til DIN 38409 Teil 20 (1989) /5/. De enkelte deltrin er undersøgt og optimeret separat.

Genfindingen af kationiske detergenter efter seperationstrinnet på alumina-kolonnen var 106% (CV=6%) i 95:5 methanol/trifluoreddikesyre og henholdsvis 5 og 1% i de to andre fraktioner. Prøver tilsat anioniske detergenter fra 0 til 600 μg/L LAS viste ingen systematisk påvirkning med genfindinger i intervallet 97-108%. Yderligere undersøgelse af separationstrinnet viste, at mere end 97% af de anioniske detergenter blev elueret af 75:25 metanol/2 M HCl. Det kan derfor konkluderes, at metoden giver en acceptabel adskillelse af anioniske og kationiske detergenter.

Undersøgelsen af detektionstrinnet viste en forbedring i følsomhed på en faktor 10 i forhold til den eksisterende metode målt i absorbansenheder. Det blev endvidere vist, at absorptionskoefficienten for DSDMAC kun udgjorde ca. 80% af den for ADMBAC. Det var på forhånd ønsket at bruge DSDMAC for at kunne sammenligne med den tyske standard, og DSDMAC bruges som standard i kalibreringskurven i metoden. Kalibreringskurverne for de to standardstoffer viste en god lineær sammenhæng (R² større end 0,999) og en god præcision (CV=2% på de enkelte punkter). Da metoden benyttede en væske-væske ekstraktion med en magnetomrører, kunne man undgå den nuværende metode med manuelle udrystninger med en 250 mL skilletragt, der er meget arbejdsintensiv og med gentaget monotont arbejde.

For at undgå 95:5 chloroform/butanol-blandingen i metoden blev detektionstrinnet undersøgt for muligheden for en substitution med alternative solventer: butylacetat, ethylacetat, methylisobutylketon (MIBK) og N-butanol. Ingen af solventerne var egnede til en substitution, og derfor fortsættes med chloroform. Brugen af denne metode betyder dog en reduktion af chloroformforbruget fra mere end 50 mL til lige under 25 mL pr. analyse. Yderligere undersøgelser vil kunne klarlægge, om forholdet mellem chloroform og butanol kunne ændres, så en mindre andel af chloroform anvendes.

Fra konklusionerne af de enkelte deltrin blev metodeudkastet i Bilag A skrevet. En foreløbig evaluering af hele metoden blev gennemført på en syntetisk og en spiket spildevandsprøve (afløbsvand fra Sjælsø Renseanlæg udtaget 5. november 2001). Resultaterne heraf var en genfinding af den syntetiske prøve på 87% og af den naturlige på 89%. Repeterbarheden for metoden var henholdsvis 2,5% for syntetiske og 6,2% for naturlige prøver. En foreløbig detektionsgrænse blev udregnet udfra 4 og 3 replikater for både de syntetiske og naturlige prøver. Her blev fundet henholdsvis 12 μg/L og 40 μg/L. Dette resultat er behæftet med stor usikkerhed på grund af det begrænsede datagrundlag. Den øgede følsomhed af metoden i forhold til eksisterende metoder gjorde, at detektionsgrænsekravet må forventes at kunne overholdes. De opnåede resultater viser, at de opstillede krav vil kunne nås med metoden.

Derfor blev metoden underkastet en generel metodevalidering efter Håndbog i Metodevalidering for Miljølaboratorier /13/.

Resultaterne af metodevalideringen viste, at metoden var lineær i intervallet fra 0 til 200 μg/L, men formentlig også i et større interval.

Detektionsgrænsen udregnet efter metodevalideringen på baggrund af både syntetiske og naturlige prøver viste detektionsgrænser på 13; 2,7 og 4,1 μg/L. Disse resultater verificerede, at en detektionsgrænse på 10 μg/L er realistisk.

Et andet krav fra kvalitetsklasse 3 i bekendtgørelse 637 /2/ er, at den totale relative standardafvigelse skal være inden for ± 7%. Metodevalideringen viste en variation mellem 8,2 og 12,5 %. Da kravet i bekendtgørelse 637 bygger på mere end 20 kontrolprøvepar, og der i denne undersøgelse kun indgik 4-5 prøvepar, vil kravet formentligt kunne overholdes, når antallet af bestemmelser stiger.

Genfindingen af middelværdien for kontrolprøver må højst variere +5% (for prøver ±5 gange detektionsgrænsen). Resultaterne fra valideringsforsøgene viste, at vi generelt fandt 8,7% til 12,6% mindre end det forventede. Dette betyder, at det må overvejes, om man skal korrigere for dette tab, enten ved at spike en af prøverne eller ved at medanalysere en syntetisk prøve. Den endelige beslutning kan dog vente til efter metodeafprøvningen. Hvis der i denne generelt genfindes for lidt, og resultaterne fra laboratoriernes kontrolprøver viser, at man kan korrigere for det ved den medanalyserede kontrol eller spikede prøve, bør denne ændring gennemføres i metoden.

Konklusionen var derfor, at den pågældende metode opfyldte de opstillede krav i tilstrækkelig grad. Derfor blev en metodeafprøvning iværksat i efteråret 2002. Resultaterne af denne findes i en efterfølgende rapport til Miljøstyrelsen /33/.