IRIS-PFAS: Untersuchungen zur Aufklärung der Isotopensignaturen von PFAS mittels Orbitrap-CSIA: Von der Methodenentwicklung bis zur Anwendung“

Per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS) gehören zu den persistentesten und problematischsten Umweltkontaminanten unserer Zeit. Aufgrund ihrer hohen chemischen Stabilität, weiten Verbreitung und potenziellen Gesundheitsrisiken besteht ein dringender Bedarf an Methoden, die nicht nur Konzentrationen erfassen, sondern auch Informationen über Herkunft, Transport und Transformationsprozesse liefern. Die Analyse stabiler Isotope bietet hierfür ein großes Potenzial, wurde jedoch bisher nicht annähernd ausgeschöpft.

Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung und Etablierung einer neuen analytischen Methodik zur isotopenspezifischen Charakterisierung von PFAS auf Basis der hochauflösenden Massenspektrometrie (Orbitrap MS). Während die Isotopenanalyse organischer Schadstoffe bisher hauptsächlich auf die etablierte Isotopenverhältnismassenspektrometrie (IRMS) beschränkt war, ermöglicht der Einsatz moderner hochauflösender Massenspektrometer eine wesentlich breitere Anwendung, insbesondere für schwer zugängliche Substanzklassen wie PFAS. Das Projekt geht der zentralen Frage nach, inwieweit Orbitrap-basierte Methoden für die zuverlässige Bestimmung stabiler Isotope in PFAS geeignet sind und welche analytischen Limitationen und Möglichkeiten dies mit sich bringt.

Der Fokus liegt auf drei miteinander verknüpften Arbeitsbereichen: Erstens werden grundlegende methodische Konzepte zur Bestimmung stabiler Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- und Schwefelisotope in ausgewählten PFAS entwickelt. Dabei werden sowohl Molekülionen als auch spezifisch erzeugte Fragmentionen untersucht, um positions- bzw. fragmentspezifische Isotopeninformationen zu gewinnen. Die Methode wird anschließend systematisch hinsichtlich Präzision, Richtigkeit und möglicher Isotopenfraktionierungen evaluiert. Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Übertragbarkeit der entwickelten Ansätze auf realistische Umweltmatrizen, einschließlich geeigneter Probenvorbereitung und Trenntechniken. Abschließend werden die Methoden an Umweltproben angewandt, um ihr Potenzial für die Herkunftsbestimmung, das Prozessverständnis und die Umweltbewertung von PFAS aufzuzeigen.

Das Projekt ist bewusst explorativ angelegt und berücksichtigt das frühe Entwicklungsstadium der Orbitrap-basierten Isotopenanalyse. Durch die Überwindung zentraler Einschränkungen der traditionellen IRMS etabliert dieses Projekt einen neuen analytischen Rahmen für die Umweltforensik persistenter Schadstoffe.

Ziele:

Im Rahmen dieses Projekts werden drei Hauptziele verfolgt:

Ziel 1: Entwicklung robuster Orbitrap-Methoden für PFAS-CSIA: Etablierung präziser und zuverlässiger analytischer Protokolle für ausgewählte PFAS.

Ziel 2: Optimierung kritischer Einflussfaktoren der Messungen: Bewertung der Auswirkungen von Umweltmatrizen, Extraktion und Anreicherungsverfahren auf Richtigkeit und Präzision sowie Erarbeitung von Leitlinien für eine reproduzierbare und sensitive Orbitrap-CSIA.

Ziel 3: Anwendung der Methoden auf reale Umweltproben: Demonstration der Methodenleistung an Poren- und Grundwasser zur Rückverfolgung von Schadstoffquellen und Haftungsfragen unter umweltrelevanten Bedingungen.

Die gewonnenen Erkenntnisse können regulatorische Entscheidungen untermauern und Sanierungsstrategien optimieren und dadurch Kosten für Industrie und Kommunen senken, während sie gleichzeitig die öffentliche Gesundheit und ein nachhaltiges Ressourcenmanagement unterstützen.

Tobias Junginger

VEGAS

01.01.2027 bis 31.12.2029

DFG, Projektnummer: 587934582

Assistant Professor Maria Prieto-Espinoza: Department of Civil, Geological and Mining Engineering, Technical University Polytechnique Montréal,

Dr. Tetyana Gilevska: RWTH Aachen University, Institute for Environmental Research (IFER),