Supercritical fluid extraction (SFE) of PCBs and organochlorine pesticides from soil. Comparison with conventional extraction methods and optimization for real soil samples

Abstract

Dit rapport beschrijft de eerste resultaten van de superkritische vloeistof extractie (SFE), als techniek voor de extractie van organische componenten in grond. SFE is een relatief nieuwe analytisch chemische techniek, welke is gebaseerd op de extractie eigenschappen van superkritische vloeistoffen - in dit geval CO2 - die zowel vloeistof-achtige als gas-achtige eigenschappen bezitten zoals een lage viscositeit en een hoog oplossend vermogen voor organische verbindingen. De optimalisatie van SFE voor poly-gechloreerde biphenylen (PCBs) en organochloor pesticiden (OCPs) uit grond is uitgevoerd volgens een algemene, stapsgewijze, procedure voor kwantitatieve SFE. Een experimentele benadering is gekozen voor het testen van de invloed van de verschillende extractie parameters, zoals de druk, de extractie duur, de statische en/of dynamische extractie, het type restrictor en de opvangvloeistof bij off-line SFE. De met deze experimenten verkregen condities voor gespiked monsters zijn toegepast op reele grondmonsters en verder geoptimaliseerd naar maximale opbrengst voor de diverse componenten in vergelijking met conventionele vloeistofextractie. De optimale condities van de gespiked monsters gaven geen maximale concentraties voor de veldmonsters. Zwaardere extractie condities bleken noodzakelijk om interacties tussen de componenten en de grond-matrix te overwinnen. Een langere dynamische extractie duur was noodzakelijk en het gebruik van modifiers bleek essentieel voor SFE van reele monsters. Een verhoging van de extractie druk had geen verdere invloed op de resultaten. Uiteindelijk werden vergelijkbare resultaten verkregen voor SFE en vloeistof extracties met een totale standaard deviatie tussen beide methoden van 25%. Een stapsgewijze benadering blijkt een goede procedure te zijn om de verschillende aspecten die een rol spelen bij de methode ontwikkeling van SFE beter zichtbaar te maken, zoals de uitgangscondities, het belang van de verschillende extractie parameters en het eventuele succes van SFE voor een specifieke component - matrix combinatie. Mogelijkheden voor de verdere toepassing van SFE worden bediscussieerd, evenals de beperkingen voor een mogelijke doorbraak van SFE als toekomstige techniek voor de monstervoorbewerking van vaste matrices.<br>

This report describes the first results of Supercritical Fluid Extraction (SFE) as technique for the extraction of organic components from soil. SFE is based on the extraction properties of supercritical fluids - in this case CO2 - having liquidlike as well as gaslike behaviour as their low viscosity and high solute diffusivities. The optimization of SFE of polychlorinated biphenyls (PCBs) and organochlorine pesticides (OCPs) from real soil samples is performed, according to a general stepwise set-up for quantitative SFE. An experimental approach was set up to test the influences of different extraction parameters such as pressure, extraction time, state and dynamic extraction, restictor type and collection solvent for off-line SFE. Conditions obtained from these experiments with spiked samples were applied on real soil and optimized to gain maximum concentrations of components in comparison with conventional solvent extraction. The optimal conditions achieved for spiked samples did not yield maximum concentrations for field samples. Stronger extraction conditions were necessary to overcome interactions between matrix and analytes. Longer dynamic extraction times were needed and the use of modifiers appeared to be essential for SFE of real samples. An increase in extraction pressure did not have any influence on extraction results. Comparable results were obtained for SFE and solvent extraction with an overall standard deviation between both methods of 25%. The stepwise approach is useful in method development to visualize several aspects of SFE, such as the initial conditions, the importance of extraction parameters and the success of SFE for a specific compound-matrix combination. Possibilities in quantitative SFE are discussed, as well as restrictions in the break-through of SFE as technique for future sample pretreatment of solid samples.<br>