Analysis of Dioxins and Furans on a Xevo G2-XS QTof with APGC Using a QuEChERS Extraction Method

Význam tématu

Dioxiny a furany patří mezi perzistentní organické polutanty (POPs) s prokázanou toxicitou a karcinogenním efektem. Monitoring jejich koncentrací v sedimentu je klíčový pro hodnocení kontaminace životního prostředí a rizika pro lidské zdraví. Tradiční metody analýzy vyžadují časově náročnou přípravu vzorků a drahé magnetické sektorové hmotnostní spektrometry.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout rychlou, cenově efektivní a zároveň výkonnou metodu pro stanovení dioxinů ve vodním sedimentu. Použitá kombinace QuEChERS extrakce a atmosférické tlakové GC (APGC) s QTof detekcí na přístroji Xevo G2-XS měla splnit požadavky EPA metody 1613 a zároveň zvýšit průtok vzorků a snížit náklady.

Použitá metodika a instrumentace

• QuEChERS extrakce: jednofázový acetonitrilový extrakt s následnou výměnou solventu na hexan a čištěním na uhlíkové kolonce.
• GC-analýza: Atmosférická tlaková GC (APGC) zdroj spojený s masovým spektrometrem Xevo G2-XS QTof.
• Kolonka: Restek Rtx-Dioxin2 ve variantách 20 m, 30 m a 40 m pro optimalizaci rozlišení a průtoku.
• Software: MassLynx MS pro řízení analýzy a vyhodnocování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

• Čas úpravy vzorků se zkrátil z 4–5 dnů na přípravu 10 vzorků až na 1 den pro 30 vzorků.
• APGC umožňuje pracovní průtoky až 3–4 mL/min, čímž se dostane runtimů pod 15 minut na vzorek při zachování dostatečného separačního výkonu.
• Při vyšších průtocích dochází k mírnému snížení rozlišení, avšak klíčové kongenery jsou kvantitativně odděleny díky specifické fázi Rtx-Dioxin2.
• Optimalizace délky kolonky ukázala, že kratší (20 m) kolony přinášejí nižší zpětný tlak, vyšší průtok a runtimy <15 min bez významné ztráty separace.
• Kalibrační křivka pro 2,3,7,8-TCDD vykázala v rozsahu 0,5–200 pg lineární závislost (R2 = 0,9993).
• Analýza referenčního materiálu NIST 1944 prokázala shodu výsledků mezi APGC-QTof a magnetickou sektorem, s lepší konzistencí u vybraných kongenerů.

Přínosy a praktické využití metody

• 15× vyšší kapacita vzorkování než u standardních GC-HRMS metod.
• Výrazné snížení nákladů na rozpouštědla díky QuEChERS postupu.
• Nižší nároky na odborný personál díky zjednodušené přípravě vzorků.
• Možnost rychlého screeningu většího počtu lokalit pro hodnocení kontaminace sedimentů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření platformy APGC-QTof pro neregistrované (non-target) analýzy POPs a screening nových kontaminantů.
• Integrace dalších ionizačních zdrojů (ESI, APCI, UniSpray) pro širší škálu analytů.
• Automatizace QuEChERS extrakce pro vysoce výkonné laboratoře a průmyslovou QA/QC.
• Využití v environmentálním monitoringu a rychlých krizových odečtech kontaminace.

Závěr

Kombinace modifikované QuEChERS extrakce a APGC-QTof analýzy na přístroji Waters Xevo G2-XS poskytuje rychlou, spolehlivou a ekonomickou alternativu k tradičním magnetickým sektorovým HRMS metodám. Metoda splňuje limity EPA 1613 a umožňuje výrazné zkrácení doby analýzy a snížení nákladů při zachování přesnosti a reprodukovatelnosti.

Reference

1. Dioxins and Furans Factsheet (2012) Environmental Protection Agency. https://archive.epa.gov/epawaste/hazard/wastemin/web/pdf/dioxfura.pdf
2. Stockholm Convention Website (2012) http://chm.pops.int/Home/tabid/2121/Default.aspx
3. Reiner EJ. (2010) Mass Spectrom Rev. 29:526–559.
4. Perelo LW. (2010) J Hazard Mater. 177:81–89.
5. Anastassiades M., Lehotay SJ., Stajnbaher D., Schenck FJ. (2003) J AOAC Int. 86:412–431.
6. Haimovici L., Reiner EJ., Besevic S., Jobst KJ., Robson M., Kolic T., MacPherson KA. (2016) Anal Bioanal Chem. 408:4043–4054.
7. Richman L., Haimovici L., Kolic T., Besevic S., Reiner E. (2016) J Environ Prot. 7:453–461.