Isolating organic micropollutants from water samples by means of XAD resins and supercritical fluid extraction

Abstract

Om de oorzaak van aantasting van ecosystemen te kunnen begrijpen kan het nodig zijn over de mogelijkheid te beschikken om stress, doorgaans veroorzaakt door een gecompliceerd mengsel van toxische stoffen, te scheiden van andere stress-factoren. Dit rapport beschrijft een experimentele benadering die toegepast kan worden op aquatische ecosystemen. Een procedure werd getoetst voor het verkrijgen van een waterig concentraat van organische micro-verontreinigingen, aanwezig in een monster van oppervlaktewater. De methode is gebaseerd op toepassing van macro-reticulaire harsen, meestal aangeduid met XAD, voor het extraheren en isoleren van organische micro-verontreinigingen uit water, gevolgd door elueren m.b.v. super-kritische kooldioxide (SFE) om de toxicanten van het XAD te desorberen en ze naar een klein volume water over te brengen, zonder gebruik te hoeven maken van organische oplosmiddelen. Surrogaat watermonsters, bestaande uit testmengsels van chemische verbindingen die sterk varieren in fysisch-chemische eigenschappen, werden aan de procedure onderworpen. De XAD/SFE combinatie levert een extract dat direct geschikt is voor bio-essays. Dit biedt grote voordelen vergeleken met de meer conventionele benadering gebaseerd op het gebruik van een organisch oplosmiddel dat in voldoende mate verwijderd dient te worden om een watermonster te verkrijgen dat geschikt is voor bio-essays. Het verlies aan (semi-)vluchtige stoffen is aanzienlijk wanneer het organische oplosmiddel van het extract gescheiden wordt. Voor deze stoffen is de XAD/SFE procedure efficienter dan een eerder ontwikkelde methode die gebaseerd is op gebruik van aceton als elutiesolvent. Voor meer polaire stoffen voldoet deze laatste aanpak echter aanzienlijk beter. Aanbevelingen worden gedaan om een twee-stappen super-kritische fase extractie uit te voeren: een uitsluitend met super-kritische CO2 om de apolaire stoffen te verzamelen, gevolgd door een tweede waarbij een zgn. modifier wordt toegevoegd voor het desorberen van de meer polaire chemicalien.

A better understanding of ecosystem perturbation requires the ability to measure the ecotoxicological effects of a complex variety of chemicals and to separate toxic stress on the ecosystem from other stress factors. This report describes an experimental approach which can be applied to surface water. A procedure was assessed to obtain an aqueous concentrate of organic micro-pollutants from a (surrogate) surface water sample. The method relies on the application of macro-reticular resins, which are usually denoted as XAD, to extract organic micro-pollutants from water and subsequent elution with supercritical carbon dioxide (SFE) to release the toxicants from the XAD and to transfer them to a small volume of water, without making use of an organic solvent. Surrogate water samples containing test mixtures of chemicals that cover a wide variety of physico-chemical properties, were submitted to the procedure. The XAD/SFE combination produces an extract that is directly compatible to bio-assays. This has the advantage over more conventional procedures based on the use of an organic solvent which has to be removed to a specified level to obtain a water sample that is compatible to bio-assays. There is a considerable loss of (semi)-volatile chemicals if the organic solvent has to be separated from the extract. For these micropollutants the XAD/SFE procedure proved more efficient than a method developed previously, based on acetone as elution solvent. The latter approach, however, performs much better if more polar chemicals are concerned. Recommendations are made to apply a two-step supercritical fluid extraction: one exclusively based on supercritical CO2 to collect the apolar substances and the second with a modifier added to the supercritical fluid to desorp the more polar chemicals.