Využití MALDI pro předběžný screening PFAS ve vzorcích životního prostředí

Per- a polyfluoralkylové látky (PFAS) jsou perzistentní environmentální kontaminanty, které mají negativní dopad na lidské zdraví a životní prostředí. Vysoké koncentrace PFAS v testovaných vzorcích mohou způsobit kontaminaci citlivých LC-MS/MS přístrojů, což vyžaduje rozsáhlé dekontaminační postupy, které vedou k významným prostojům a nákladným zpožděním při zpracování vzorků. Představujeme vývoj jednoduché a nákladově efektivní metody pro rychlý screening vzorků PFAS pomocí jednoduchého hmotnostního spektrometru MALDI-TOF, který identifikuje vzorky s vysokými koncentracemi předtím, než vstoupí do analytického workflow.

Metody

Standardy PFOA a PFOS byly zakoupeny od společnosti Merck, Velká Británie. Základní roztoky (1 ppm připravené v acetonitrilu) byly zředěny vodou na požadované koncentrace.

Vzorky byly testovány s různými MALDI matricemi (CHCA, DHB, DHAP, DAN, NRM a TMGN), přičemž jako nejvíce vhodné se jevily norharman (NRM) a 1,8-bis(tetramethylguanidino)-naftalen (TMGN). Zředěné vzorky byly smíchány s NRM (1 mg/ml) nebo TMGN (5 mg/ml) v poměru 70:30 acetonitril:voda. Byly připraveny slepé vzorky UHP vody, aby se zajistilo, že nedošlo ke kontaminaci. 1 µl směsi byl nanesen na sklíčko FlexiMassSR48 a vzorky byly analyzovány pomocí hmotnostního spektrometru MALDI-8030 MALDI-TOF (Shimadzu). Podmínky analýzy jsou uvedeny na obr. 1. Pro PFOA a PFOS byly sledovány píky při m/z 314,2 a m/z 499,2. Jako interní standard pro vzorky PFOS s konečnou koncentrací vzorku 6,25 ng/ml byl použit ¹³C₈PFOS (m/z 507) (viz obr. 2). K posouzení homogenity spotů byla použita MALDI-MSI a byly stanoveny mezní hodnoty detekce.

Shimadzu: Obr. 2 K analýze je zapotřebí pouze přidání interního standardu a matrice

Následně byly zakoupeny standardy PFHxA a PFBS od společnosti Merck, Velká Británie, a analyzovány stejnou metodou

Analytické podmínky pro analýzu PFAS pomocí MALDI-8030

• Systém: MALDI-8030 
• Polarita: záporná 
• Hmotnostní rozsah: m/z 100–1000 
• Akvizice: 980 snímků při 200 Hz 
• Blanking: 200 
• Pulzní extrakce: 400

Shimadzu: MALDI-8030

Výsledky

U norharmanu i TMGN byly PFOS a PFOA detekovány v koncentracích vhodných pro předběžný screening, aby se zabránilo kontaminaci systémů LC-MS/MS¹ . MALDI-MSI imaging odhalil migraci PFAS k okrajům skvrn vzorků během nanášení/sušení (obr. 3). Použití prstencové akviziční strategie pro norharman vedlo k získání spekter s vyšším poměrem signálu k šumu, jak se očekávalo. Vzorky připravené s matricí TMGN vykazovaly homogennější distribuci a práce pokračovala s touto matricí (5 mg/ml v 70% acetonitrilu).

Shimadzu: Obr. 3 MALDI-MSI bodové zobrazení PFOS a PFOA v Norharmanu & TMGN

Limity detekce byly stanoveny pro standardy PFOA, PFOS, PFHxA a PFBS na 5 ppb, 250 ppt, 200 ppt a 1 ppb (obr. 4).

Shimadzu: Obr. 4 Reprezentativní spektra ukazující LOD pro PFOA (5 ppb), PFOS (250 ppt), PFHxA (200 ppt) a PFBS (1 ppb).

Analýza vzorků balené vody byla vybrána jako reprezentativní pro vzorky obdržené v rámci testování PFAS. Malý počet vzorků vykazoval nízké hladiny možného PFAS přítomného ve vzorku (obr. 5).

Shimadzu: Obr. 5 Reprezentativní spektra ukazující analýzu balené vody spolu se smíšeným vzorkem PFAS obsahujícím PFOS (50 ppb), PFOA (100 ppb), PFBS (50 ppb) a PFHxA (100 ppb) a slepým vzorkem UHP vody.

Aby bylo možné demonstrovat, jak lze MALDI-TOF MS použít ve screeningovém pracovním postupu, bylo proveden imaging celého sklíčka, které prokázalo rychlou a jednoduchou metodu vizuální identifikace potenciálně problematických vzorků.

Celkový imaging sklíčka (v rozestupech 250 µm) standardních vzorků (48 bodů) se smíšenými koncentracemi byl dokončeno za přibližně 12 minut.
Vzorky se smíšenými koncentracemi byly naneseny na standardní sklíčko FlexiMass-SR48 se 48 jamkami a také na sklíčko FlexiFocus s 96 jamkami pro imaging.

K vytvoření iontového obrazu sklíčka byl použit software IMAGEREVEAL MS (Shimadzu, Japonsko) s barevnou lištou intenzity červené a zelené barvy, která zobrazuje vzorky s vysokou koncentrací zeleně a vzorky s nízkou koncentrací červeně (viz obr. 7).

Shimadzu: Obr. 7 Imaging celé MALDI destičky jako nástroj pro rychlý screening. V uvedených příkladech byly vzorky PFOS v koncentracích 0, 1, 20, 50, 100 a 200 ng/ml analyzovány po nanesení na a) 96jamkovou destičku nebo b) 48jamkovou destičku.

Jako vhodná mezní hodnota pro identifikaci problematických vzorků PFOS byla zvolena hodnota 100 ng/ml. 

Nastavení stupnice intenzity pro vzorky 100 ng/ml jako střední rozsah zobrazující směs červené a zelené barvy umožnilo snadnou identifikaci vzorků s vysokou koncentrací jako jasně zelené. (Viz obr. 7).

Závěr

• V zásadě jsme prokázali, že je možné použít hmotnostní spektrometrii MALDI-TOF k implementaci jednoduché metody předběžného screeningu vodných vzorků, aby se zabránilo rozsáhlé kontaminaci v laboratoři monitorující PFAS. Použitím pouhého 200 µl vzorku a minimální přípravy lze analyzovat celé sklíčko vzorků za méně než 15 minut
• Spot imaging během vývoje metody zdůraznil rozdíly v homogenitě skvrn PFOS a PFOA, což naznačuje, že pro provedení semikvantitativní analýzy by bylo nutné použít více interních standardů.
• Imaging celého sklíčka může poskytnout rychlé výsledky pro více vzorků v rozsahu koncentrací PFAS v jediné analýze s jednoduchou vizuální identifikací potenciálně problematických vzorků.
• Vzhledem k povaze metody MALDI-TOF tyto výsledky nepotvrzují přítomnost PFAS, ale mohou být použity jako orientační výsledek pro úpravu dalších testovacích protokolů. K určení přítomnosti a koncentrace jakýchkoli PFAS je nutná potvrzující analýza LC-MS/MS.