Approaches to Non-targeted Analyses of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Environmental Samples

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) představují stabilní environmentální kontaminanty s vysokou bioakumulací, používané v řadě průmyslových i spotřebních aplikací. Jejich odolnost vůči degradaci a potenciální zdravotní rizika vyžadují komplexní analytické přístupy, které překonají omezený dosah cílených metod a umožní odhalení širokého spektra známých i nových PFAS.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek demonstruje nontargeting workflow pro analýzu PFAS v odpadních vodách a půdních extraktech. Cílem je vytvořit robustní referenční knihovny PFAS, identifikovat komponenty pomocí vysokorozlišovací LC-MS a automatizovaných databázových nástrojů a kvantifikovat detekované látky.

Použitá instrumentace

• ACQUITY UPLC I-Class PLUS se PFAS kit komponentami
• Xevo G2-XS QTof s ESI v negativním módu
• Software UNIFI v1.9.4 pro akvizici, zpracování a správu knihoven

Použitá metodika

Vzorky vody a půdy připravené dle ASTM 7979 a 7968 byly před analýzou obohaceny 13C značenými interními standardy a filtrované. Chromatografie probíhala na C18 kolóně (2.1×100 mm, 1.7 μm) při teplotách 35 °C (kolona) a 10 °C (vzorek), gradientem vody/methanolu s 2 mM amonným acetátem. MS data sbíráno v režimu MSE (50–1200 Da) s nízkou (4 eV) a vysokou (20–70 eV) kolizní energií.

Hlavní výsledky a diskuse

Pomocí lokálních knihoven obsahujících přes 4200 PFAS byly ve spikovaných odpadních vodách detekovány a přiřazeny všechny sledované látky s chybou hmotnosti menší než 1.1 mDa. V půdních extraktech byla potvrzena přítomnost PFEESA s kvantifikací 8.65 ng/g půdy. K identifikaci neznámých PFAS byly využity nástroje pro vyhledání běžných fragment, neutral loss a mass defect, doplněné UNIFI Discovery vyhledáváním v ChemSpideru. Customizované view filtry a workflow výrazně zkrátily čas recenze dat.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje široký screening PFAS, včetně emergentních struktur, minimalizuje ztráty vzorků přímou injekcí a zvyšuje jistotu identifikace díky kombinaci více atributů (retence, přesná hmotnost, fragmenty).

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšiřování a aktualizace knihoven o nové struktury, využití strojového učení pro predikci fragmentace a retence a integrace dalších veřejných databází. Pokročilé algoritmy automatického vyhledávání a fingerprintingu podpoří efektivnější odhalování zdrojů PFAS znečištění.

Závěr

Představená non-targeted LC-TOF workflow s UNIFI představuje efektivní řešení pro komplexní screening PFAS v environmentálních vzorcích, spojující rychlou identifikaci, kvantifikaci i objevování neznámých látek pro potřeby monitoringu a remediace.

Reference

• Mulabagal V., Liu L., Qi J., Wilson C., Hayworth J.S.: Talanta, 2018, 190, 95–102
• Buck R.C., Franklin J., Berger U., Conder J.M., Cousins I.T., de Voogt P., Jensen A.A., Kannan K., Mabury S.A., van Leeuwen S.P.J.: Integr. Environ. Assess. Manag., 2011, 7(4), 513–541
• Al Amin M., Sobhani Z., Liu Y., Dharmaraja R., Chadalavada S., Naidu R., Chalker J.M., Fang C.: Environ. Technol. Innov., 2020, 19, 100879
• Ullah S., Alsberg T., Berger U.: J. Chromatogr. A, 2011, 1218, 6388–6395
• Strynar M., Dagino S., McMahen R., Liang S., Lindstrom A., Andersen E., McMillian L., Thurman M., Ferrer I., Ball C.: Environ. Sci. Technol., 2015, 49, 11622–11630
• McCord J., Strynar M.: Environ. Sci. Technol., 2019, 53, 4717–4727
• Liu Y., D’Agostino L.A., Qu G., Jiang G., Martin J.W.: Trends Anal. Chem., 2019, 121, 115420
• Gebbink W.A., van Asseldonk L., van Leeuwen S.P.J.: Environ. Sci. Technol., 2017, 51, 11057–11065
• Newton S., McMahen R., Stoeckel J.A., Chislock M., Lindstrom A., Strynar M.: Environ. Sci. Technol., 2016, 51, 1544–1552
• Mullin L., Katz D.R., Riddell N., Plumb R., Burgess J.A., Yeung L.W.Y., Jogsten I.E.: Trends Anal. Chem., 2019, 118, 828–839
• OECD: Toward a New Comprehensive Global Database of Per- and Polyfluoroalkyl Substances, 2018
• Mullin L., Burgess J.: Waters Tech. Brief, 720005701EN
• ASTM D7968, ASTM International, 2017
• Organtini K., Rosnack K.: Waters App. Note, 720006764EN
• Organtini K., Cleland G., Rosnack K.: Waters App. Note, 720006329EN
• Waters White Paper, 720004036EN
• EPA CompTox Chemicals Dashboard, 2020