Open Characterization of 2.5 Micron, Particulate-Borne Semi-Volatile Organic Compounds by GC-TOFMS and UHPLC Orbitrap MS: Method Development, Performance and Applications

Význam tématu

Ambientní částice PM2.5 působí jako nosič polovolatelných organických sloučenin (SVOCs), ke kterým patří polycyklické aromatické uhlovodíky (PAHs), pesticidy, farmaceuticky aktivní látky či endokrinní disruptory. Tyto látky mohou pronikat hluboko do plicních sklípků a vyvolávat mutagenní či toxické účinky, proto je jejich sledování klíčové pro posouzení expozice obyvatelstva a řízení kvality ovzduší.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit možnost stanovení cílených i necílených SVOCs na filtrech z TEOM vzorkovačů PM2.5 pomocí kombinovaného postupu GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS. Analýza se zaměřila na 21 PAHs jako cílenou skupinu a dále na rozšířenou neřízenou identifikaci polárních SVOCs včetně pesticidů a farmaceutik.

Použitá metodika

Vzorky PM2.5 byly sbírány po dobu 60 dnů na TEOM filtrech (15 mm, 3 L/min). Filtry byly extrahovány ultrazvukem v 10 ml acetonitrilu, filtrovány a koncentrovány na 100 µl. Pro cílenou stanovení PAHs byl použit GC-TOFMS, pro necílenou analýzu polárních SVOCs UHPLC Orbitrap MS. Data byly zpracovány dekonvolučním softwarem ChromaTOF a Xcalibur, následně retrospektivně hodnoceny v TraceFinder se dvěma databázemi (565 pesticidů, 382 emerging organic compounds).

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific TEOM vzorkovač PM2.5
• LECO Pegasus III GC-TOFMS s kol. DB-5 (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm)
• Thermo Dionex UltiMate 3000 UHPLC (BetaSil a XB C18 core–shell kolony)
• Thermo Exactive Plus Orbitrap MS s H-ESI II zdrojem
• Software: LECO ChromaTOF, Thermo Xcalibur, Thermo TraceFinder

Hlavní výsledky a diskuse

• Cílená analýza GC-TOFMS odhalila zejména fenanthren, pyren a B(b)fluoranthen u vzorků z obou lokalit; nižší PAHs s nízkým bodem varu pravděpodobně v průběhu dlouhodobého odběru unikly.
• Necílená UHPLC Orbitrap MS detekovala 26 významných SVOCs v negativním módu, mezi nimi bisfenol A, nicotine a několik karbazolových derivátů; v pozitivním módu bylo v top 10 % četnosti nalezeno 16 pesticidů včetně Flamprop-M-isopropyl a Drog.
• Na příkladu gemfibrozilu byla demonstrována možnost falešně pozitivní identifikace založené pouze na přesné hmotnosti M a M+1 a retenčním čase bez standardu.

Přínosy a praktické využití metody

Kombinace GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS umožňuje komplexní screening PM2.5 na široké spektrum SVOCs včetně cílených znečišťujících látek a nových kontaminantů. Postup lze implementovat v environmentálních laboratořích pro rutinní monitorování kvality ovzduší, posuzování rizik a podporu regulačních programů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databází fragmentů a využití MS/MS ke zvýšení specificity a eliminaci falešných pozitiv.
• Integrace pokročilých algoritmů strojového učení pro dekonvoluci a retrospektivní screening.
• Využití vysokého rozlišení Orbitrapu pro kvantitativní stanovení ultra-sledovaných látek při nízkých úrovních.
• Komplementární spojení s dalšími technikami (např. iontová mobilita) pro lepší separaci izomerů.

Závěr

Studie prokázala, že filtry z TEOM odběrů PM2.5 lze efektivně analyzovat workflow založeným na GC-TOFMS a UHPLC Orbitrap MS. Tento přístup umožňuje jak cílené stanovení známých PAHs, tak necílený screening širokého spektra SVOCs, přináší důležité poznatky o složení aerosolů a nabízí výkonný nástroj pro environmentální monitorování.

Reference

• Determination of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Water Matrices by GC-TOFMS, MOE Ontario, Method E3480.
• Determination of Emerging Organic Pollutants in Environmental Matrices by LC-MS/MS, MOE Ontario, Method E3454.
• Method validation and quality control procedures for pesticide residues analysis in food and feed, SANCO/12495/2011.