1. Plaats hier uw logo via:
beeld => diamodel => sheet 1
Gisteren, vandaag en morgen
…
De ontwikkeling van organische analyses in Het Waterlaboratorium
Cees Bijsterbosch – Het Waterlaboratorium
Labanalyse , 1 oktober 2013
2. • Het Waterlaboratorium
• Gisteren – De start van het Waterlaboratorium
• Vandaag – Hoe werken we nu?
• Morgen – Lopende projecten en ontwikkelingsplannen?
Inhoud van deze presentatie
3. Het Waterlaboratorium
In 2003 ontstaan door de fusie van de laboratoria van:
- Gemeentewaterleidingen Amsterdam
- Provinciaal Waterleidingbedrijf Noord-Holland
- Duinwaterbedrijf Zuid-Holland
- Watertransportmaatschappij Rijn-Kennemerland
Anno 2012 ca. 100 FTE (ca.120 personen) verdeeld over de afdelingen
Chemie, Biologie, Advies, Logistiek en Ondersteuning
Per 1 januari 2014 mogelijke fusie met het laboratorium van Waterproef waardoor
het
eerste waterketen laboratorium in Nederland ontstaat!
Wateranalyse van bron (Rijn, Maas, IJsselmeer) tot tap en voor derden.
Voor meer informatie: www.hetwaterlaboratorium.nl
4. • De laatste jaren binnen de ‘oude’ laboratoria geen tot weinig investeringen
• Verschuiving binnen werkpakket naar meer polaire stoffen
• Druk vanuit de ‘moeders’ om goedkoper te werken:
efficiënter werken snelle en slimmere methodes multicomponenten
Investeren in nieuwe apparatuur!
De “erfenis” en de eerste jaren
5. Investeringen UPLC-MS en GCMS-3Q
Multicomponentmethodes
•UPLC-MS: (polaire) bestrijdingsmiddelen, aangevuld met geneesmiddelen en hormonen
•GC-MS-3Q: NP bestrijdingsmiddelen, trifosfaten, chloorbenzenen, OCB-PCB en PAK
•In totaal zijn hiermee 4x HPLC, 3x GCMS 2x GC-ECD systemen vervangen.
6. Start van het traject (GC-3QMS)
• NEN-EN-ISO/IEC 17025
• Intern overleg
- configuratie (grootvolume injectie)
- borging van het traject d.m.v. evaluatie- en acceptatietesten:
De keuze wordt voornamelijk gemaakt op basis van de prestaties van het apparaat.
In principe wordt voor HWL het beste apparaat gekozen, voor nu en mogelijkheden
voor de toekomst. De a.g. (aantoonbaarheidsgrens) is van grote invloed op de keuze!
7. Traject
• Selectie leveranciers
- Evaluatietest op basis van geleverde standaarden en monsters met addities
• Na keuze leverancier
- Acceptatietesten van het geselecteerde systeem zowel bij leverancier
als op de uiteindelijke locatie op het systeem wat voor ons is bestemd.
(FAT en SAT)
8. Acceptatietest – componenten en
beoordelingscriteria
Criteria voor de analyseresultaten:
- Lineariteit van de kalibratielijnen > 0,995
- Terugvinding additie op:
laagste niveau (l= 0,005 µg/l) geen criterium
midden niveau (m= 0,05 µg/l) 80-120%.
hoog niveau (h= 0,2 µg/l) 80-120%.
- Metingen FAT vs. SAT idem
- Spreiding triplo’s <10%
Triethylfosfaat
Dichloorvos
Triisobutylfosfaat
Tributylfosfaat
Desisopropylatrazine
Simazine
Pirimicarb
Fenpropimorf
cis-Chlorfenvinphos
trans-
Chlorfenvinphos
Carbamazepine
Hexazinon
9. De keuzes van HWL
UPLC-MSMS
Waters XEVO
GC-MS3Q
Interscience TSQ-Quantum
10. Wat betekent het op dit moment dit in de praktijk?
• Aantal doelen bereikt
- Snellere en efficiëntere analysemethodes zowel op UPLC-MS, GC-MS3Q
- Aantal analyses gevalideerd
- Vervanging van oude apparatuur: analyses de komende jaren gewaarborgd
11. Directe voordelen bij de GCMS-3Q
Tot 10x snellere voorbewerking analyse van chloorbenzenen, OCB/PCB en PAK
2000ml (250ml pentaan)
50 ml (5 ml pentaan)
12.
13.
14. Nadelen
• Kwetsbaar
- Meerdere systemen naar 1 nieuw systeem overgezet, UPLC-MS of een GC-MS3Q
• Bezettingsgraad neemt toe waardoor de beschikbare tijd voor methodeontwikkeling
meer en meer beperkt wordt.
• Oplossing: 2e
systeem aanschaffen
16. • Methodeontwikkeling hormonen en zoetstoffen (UPLC-MS)
• Omzetten van andere analyses naar UPLC-MS en GC-MS-3Q
• Uitbreiding bestaande analyses met nieuwe stoffen (ca. 200)
• Validatie
• Automatisering
Waar zijn wij verder mee bezig?
17. Online automatische voorbewerking –
TriPlus Robotic Sample Handler
De keuze wordt
voornamelijk gemaakt op
basis van de prestaties van
het apparaat.
In principe wordt voor HWL
het beste apparaat
gekozen, voor nu en
mogelijkheden
voor de toekomst. De a.g.
is van grote invloed op de
keuze!
19. Automatische voorbewerking
• Validatie
De vorige versie van het Waterleidingbesluit geeft aan dat de AG wordt bepaald
op herhaalbaarheidscondities lage spreiding binnen de serie, dus lage RG (3xAG)
De nieuwe versie van het Waterleidingbesluit (de drinkwaterregeling) verwijst naar
de NEN 7777 (2011) welke aangeeft dat de AG (aantoonbaarheidsgrens) wordt
bepaald op reproduceerbaarheidcondities
in de praktijk steeg de RG (rapportagegrens) van 0,01 naar 0,02 µg/l.
• Verwachting:
Automatisering van de voorbewerking lagere SD lagere AG lagere RG
25. • Er zijn meer dan 100duizenden chemische stoffen in het milieu geregistreerd
• Degene met het toxicologische effect zijn het belangrijkst
Identificatie van stoffen met bioassays
26. Bioassays
• Meten van effect op levende organische of meten van effect op biologisch proces
27. Effect gestuurde analyse
Monster onderzoeken met
bioassays
Positief monster fractioneren
en opnieuw onderzoeken
met bioassays
Fracties met toxologisch
effect MS
TIJDROVEND!
28. Fractionering met inktjet technologie
Proces versnellen door
fractionering en (QTOF) MS
tegelijk uit te voeren
Fractionering moet
geminiaturiseerd worden
(kleine volumestromen op de
juiste plek krijgen)
Inktjet spotter technologie
30. Samenvatting
• Apparatuur is gevoeliger geworden: hoeft niet altijd te leiden naar lagere
detectiegrenzen, maar is ook in te zetten voor een eenvoudigere voorbewerking en
automatisering. Lagere kosten door o.a. tijdbesparing, disposable glaswerk,
minder chemicaliën en chemisch afval.
• Automatisering van voorbewerking: lagere SD lagere AG en RG?
• Gecertificeerde standaarden: Lijkt misschien duurder, maar onderhoud is veel
eenvoudiger en minder frustrerend voor de analist.
Samenwerking met andere labs kunnen de kosten verder drukken.
• Grenzen tussen microbiologie en chemie bij Het Waterlaboratorium beginnen te
vervagen door de MS naar de bacteriën te brengen en bio-assays naar de MS.
31. Dank voor uw aandacht !
Vragen ?????????
cees.bijsterbosch@hetwaterlaboratorium.n
l
Editor's Notes
Het Waterlaboratorium bestaat dit jaar 10 jaar. In deze presentatie ga ik even in op het ontstaan van HWL (gisteren), hoe we nu werken en lopende projecten (vandaag) en morgen wat er aan ontwikkelingsplannen zijn
Produktie van ca. 120000 analyseresultaten per jaar
Voornaamste afdelingen: Chemie (organisch/anorganisch/metalen), Biologie (microbiologie en hydrobiologie), Advies (o.a. ontzorging legionella) en Logistiek (planning en monstername)
Een van de resultaten van deze fusie was dat er een grote hoeveelheid apparatuur ter beschikking kwam waardoor de eerste jaren weinig tot geen nieuwe investeringen werden gedaan
Rond 2005 hoop verouderde apparatuur (&gt;10 jaar) houtje touwtje verbindingen.
De laatste jaren is er een verschuiving begonnen mede door de vraag om meer polairdere stoffen te analyseren. Hierdoor werden ook een aantal analyses van GC naar LC geschoven
Tevens nam de druk van de moeders toe om goedkoper te werken, dit alles leidde tot het feit dat er geïnvesteerd moest worden in nieuwe apparatuur
De richting die werd ingeslagen: UPLC-MS en GCMS-3Q
Door de intrede van UPLC-MS zijn ook analyses opnieuw samengeteld qua compontenen
Maar hoe start zo’n aanschaftraject bij ons?
Intern is bij ons het belangrijkste punt dat wij voor het voor ons het beste systeem qua performance gaan voor nu en de toekomst. De NEN 17025 is voor ons een belangrijk handvat. Hierin staat o.a. in beschreven dat een lab hiervoor een procedure moet hebben waar allerei randvoorwaarden in staan beschreven.
Een belangrijk onderdeel hiervan is de borging die uit evaluatie en acceptatietesten bestaat.
Hierbij speelt de gevoeligheid van het systeem een grote rol. In de loop der jaren zijn ook de systemen gevoeliger geworden qua detectiegrenzen. Maar lagere detectiegrenzen zijn niet altijd nodig, in zo’n geval kan er aan de kant van de voorbewerking ‘bezuinigd’ worden.
Belangrijk bij de selectie is dat hiervoor een dusdanige hoeveelheid standaard en monster werd opgewerkt dat daarna in gelijke delen werd gesplitst zodat elke leverancier over exact hetzelfde monster beschikt. De minimum eis was dat gehaltes van 0,01 µg/l moeten kunnen worden aangetoond. Controles hiervan zijn op onze eigen GC-MS uitgevoerd. Hiernaast werden een aantal randvoorwaarden meegegeven w.o. de gewenste injectietechniek (50 µl groot volume PTV ). Dat de beste moge winnen ….
Na deze test werd bij de door ons geselcteerde levrancier op de voor ons bestemde apparatuur een FAT en een SAT uitgevoerd. Gezien de waargenomen gevoeligheid in het evaluatietraject is weer met standaarden en monsters gewerkt, op nog lagere niveau’s
Randvoorwaarden voor de acceptatietest.
Wat betekent dit in de praktijk. Na de ontwikkeling van de verschillende nieuwe methodes en de validatie hiervan zijn een aantal doelen bereikt.
Snellere voorbewerking, minder chemicaliën (dus ook minder belasting voor het milieu), disposable glaswerk
Minder ruimte nodig in koelcel
Dit kan dan zelfs ook een gevolg zijn
Toch zijn er ook nadelen ….
Eenzelfde uplcms aangeschaft en de oplvolger van de TSQ Quantum
Geen selectie traject wel acceptatie testen
Verdere projecten zijn
Zoals al eerder is aangegeven, is de ag bepalend. In de praktijk bleek dat de Quantum gevoeligheid ‘over’ heeft. Dit was voor ons de reden om de TSQ8000 aan te schaffen met de Tri-Plus Robotic Sample Handler. Deze doet nu de gehele voorbewerking van de extractie methode, inclusief het maken van standaarden etc. Het monstervolume wordt nu teruggebracht van 50 ml naar 4 ml.
Maar ook automatisering van de SPE voorbewerking. Aan het einde van de midag de monsters eronder, de volgende ochtend staan de extracten klaar.
Wat zien wij als voordelen van automatische voorbewerking? Steeds dezelfde handeling door een robot lagere SD lagere AG lagere RG
Verdere automatisering: GCMS screening is een specialisme binnen ons lab. Meestal wordt er gesproken van screening op bestrijdingsmiddelen
o.i. d. bij andere labs. Bij ons wordt na een specifieke voorbewerking met de MS een chromatogram opgenomen waarna alle pieken in het chromatogram worden geïdentificeerd (na correctie voor blanco). Dit kan op 2 niveau’s. Zeer arbeidsintensieve dataanalyse 4-12 uur per monster. Qua kosten ook hoog.
Een oplossing hiervoor wordt gezocht in automatisering van de dataanalyse. AMDIS, een ander bekend deconvolutie programma is niet goed genoeg. In de praktijk geeft AMDIS duizenden pieken binnen onze chromatogrammen. AnalyzerPro komt behoorlijk vele malen dichter bij de realiteit. Samenwerking met KWR hierin gezocht.
Voorbeeld van een gedeelte van een doorsnee analyse, vaste stoffen en oplossing. Vaste stoffen hebben een variabele houdbaarheid. Daardoor hebben oplossingen en mengstandaarden een beperkte houdbaarheid. Onderhouden kost veel tijd en vaak ook frustratie bij de analist. Steeds nieuwe standaarden maken al is er maar 1 component verlopen , oud nieuw vergelijkingen etc. Hiernaast nog 1e lijns en 2e lijns controles zien te vinden van een andere oorsprong.
Wij zijn nu met een aantal analyses gestart met het aanschaffen van gecertificeerde en volledig herleidbare standaarden. Het lijkt misschien in 1e instantie duur, maar ik vermoed dat de praktijk zal leren dat dit op termijn goedkoper is. De eerste resultaten zijn positief, inmiddels ook voor andere analyses standaarden aangeschaft.
Bij de microbiologie heeft chemische apparatuur intrede gedaan via MALDI-TOF MS voor identificering van bacteriën. Een techniek waarbij met een laserbundel op een bacterie-kolonie wordt geschoten waardoor de eiwitten in de celmembraan worden geïoniseerd en gemeten kunnen worden met een massaspectrometer. Er ontstaat zo een patroon van eiwitten dat kenmerkend is voor de verschillende bacteriën zodat deze geïdentificeerd kunnen. De bevestigingsanalyses kunnen nu dan ook sneller en goedkoper uitgevoerd worden t.o.v. de standaard handmatige testen.
Omgekeerd is ook het geval. Een voorbeeld waarbij biologie en chemie samenkomen is bij de identificatie van chemische stoffen met bioassays. In het milieu komen meer dan 100 duizenden stoffen geregistreerd en er komen er steeds meer bij en komen dus voor in het milieu maar juist die met een toxicologisch effect zijn het belangrijkst. Bioassays kunnen je helpen bij het zoeken naar die speld in de hooiberg. Met een bioassays meten het effect van stoffen op een organisme. Een van de eerste bioassays was een kanariepietje dat onrustiger werd zodra als de concentratie aan mijngas te hoog werd en zodoende de mijnwerkers kon waarschuwen.
Tegenwoordig kennen we een verscheidenheid aan bioassays. Ze meten het gezamenlijke effect van milieucontaminanten op levende organismen als vissen, watervlooien, algen of bacteriën. Maar vaak ook op biologische processen die je in een testkit op het lab kan onderzoeken. Voorbeelden van dergelijke testen zijn hormoonverstoring en aantasting van het DNA, de zogenaamde genotoxiciteit.
Bioassays zijn dus een ontzettend krachtig hulpmiddel om de meest relevante stoffen uit een complex mengsel van stoffen zoals milieumonsters te identificeren. Deze aanpak noemen we Effect-gestuurde analyse. Hierbij worden complexe monsters onderzocht met bioassays. De positieven monsters worden in fracties opgedeeld en opnieuw onderzocht met bioassays. Alleen de fracties die een toxicologisch effect laten zien worden onderzocht met massa spectrometrische technieken om de verantwoordelijke stoffen op te sporen. Ondanks dat je op deze manier effectief en gericht naar de meest belangrijke stoffen zoekt blijft het een bewerkelijke en tijdrovende methode.
Om dit proces te versnellen voert Het Waterlaboratorium de komende jaren samen met de Vrije Universiteit van Amsterdam een door STW gesubsidieerd onderzoek uit waarin dit proces bijna volledig geautomatiseerd zal worden. Het meten van de stoffen met massa spectrometrie en de fractionering vindt dan gelijktijdig plaats. Een voorwaarde is dan dat deze fractionering geminiaturiseerd moet worden omdat de volumestromen uit de analyseapparatuur heel klein zijn. Om die kleine volumes precies op de juiste plek te krijgen wordt daarom gebruik gemaakt van spotter technologie die we kennen van de inkjet printers.
