Targeted and Untargeted Screening of Microcystins in Lake Water Samples Using High Resolution Mass Spectrometry

Význam tématu

Microcystiny jsou cyklické hepatotoxiny produkované sinicemi, které při náhlém rozvoji květů v povrchových vodách ohrožují lidské i živočišné zdraví a způsobují uzavírky rekreačních oblastí i zásobáren pitné vody. Spolehlivá detekce a kvantifikace těchto toxinů pod legislativními limity je nezbytná pro ochranu veřejného zdraví a minimalizaci ekonomických dopadů spojených se zavřením vodních ploch.

Cíle a přehled studie

Účelem prezentované studie bylo vyvinout a ověřit kombinovanou cílenou a necílenou metodiku pro screening různých variant microcystinů v jezerních vzorcích pomocí chromatografie UPLC spojené s vysoce rozlišenou hmotnostní spektrometrií (HRMS) a přístupu MS E (data independent acquisition). Studie využila referenční směs 11 microcystinů plus anatoxin A pro cílenou identifikaci a kalibrační křivku microcystinu-LR v rozsahu 0,1–50 µg/L pro kvantifikaci.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky jezerní vody (volná voda, u mola, povrchová pěna) byly před analýzou lyzovány, filtrovány, naředěny a injektovány v objemu 1–10 µl.

UPLC podmínky:

• Systém ACQUITY UPLC I-Class
• Kolona HSS T3 (1,8 µm, 2,1×100 mm) při 35 °C
• Mobilní fáze A: 0,1 % kyselina mravenčí ve vodě, B: 0,1 % kyselina mravenčí v acetonitrilu
• Gradient 2–90 % B za 9 minut, celkem 12min běh

MS podmínky:

• Xevo G2-XS QTof, ESI+ režim
• Střídavé vysoké a nízké kolizní energie (4 eV nízká, 25–80 eV vysoká)
• Hmotnostní rozsah 50–1200 m/z, doba skenu 0,25 s
• Lockmass: leukin enkephalin (556,2766 m/z)

Data zpracována v MassLynx v4.1 a UNIFI Scientific Information System se zabudovanou knihovnou 12 cílených toxinů.

Hlavní výsledky a diskuse

Standardní směs potvrdila vysokou přesnost retence (ΔRT < 0,01 min) a hmotnostní chybu < 5 ppm pro všechny 12 microcystinů. Ve třech reálných vzorcích (jezerní voda, vzorek u mola, pěnova vrstva) byly detekovány microcystin-LR, -RR a další varianty ve významných koncentracích přesahujících doporučenou hodnotu 10 µg/L pro rekreační expozici. Kvantifikace LR ukázala lineární odezvu v rozsahu 0,1–50 µg/L s hmotnostní chybou <4 ppm i při nejnižší koncentraci 0,1 µg/L. Retrospektivní přidání microcystinu-RR do knihovny umožnilo jeho detekci v historických datech bez opakovaného měření, což demonstruje výhodu necílené HRMS akvizice.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Současnou cílenou a necílenou analýzu různých microcystinů ve vodě z jednoho datového souboru
• Detekci i multiply charged forem toxinů
• Retrospektivní revizi dat pro nové nebo vzácné varianty bez nutnosti nové akvizice
• Kvantifikaci pod legislativními limity pro pitnou i rekreační vodu

Pro zajištění nižších detekčních limitů lze využít multidimenzionální UPLC systémy s možností injekce velkého objemu vzorku.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se nárůst využití necílených HRMS metod pro screening vodních kontaminantů včetně mikroživin a pesticidů. Integrace 2D UPLC k přímé analýze větších objemů vody umožní dosahovat sub-µg/L detekčních limitů. Další vývoj softwarových nástrojů pro automatizovanou identifikaci a kvantifikaci toxinů zrychlí rozhodovací procesy pro varování veřejnosti a ochranu ekosystémů.

Závěr

Použití UPLC–QTof HRMS s necílenou (MS E) akvizicí poskytuje citlivé, přesné a flexibilní řešení pro screening microcystinů v povrchových vodách. Kombinace cílené identifikace a retrospektivního přidávání nových analytů podporuje dlouhodobé monitorování a rychlou reakci na nové hrozby, čímž přispívá k ochraně veřejného zdraví a minimalizaci ekonomických dopadů spojených s vodními incidenty.

Reference

1. USGS Report: Cyanobacterial HABs (CyanoHABs) and USGS Science Capabilities, 2016.
2. EPA Office of Water 4304: Cyanobacteria and Cyanotoxins: Information for Drinking Water Systems (EPA-810F-11-001), 2012.
3. WHO Guidelines for Drinking-water Quality, 4th ed., 2011.
4. Oehrle SA et al., Toxicon 55:965–972, 2010.
5. Mallet C., Waters Application Note 720005249en, 2014.
6. Cleland G. et al., Waters Application Note 720005608en, 2016.