High Resolution LC-MS for Screening and Quantitative Analysis of Antibiotics in Drinking Water Using an Orbitrap and Online Sample Preparation

Význam tématu

Antibiotika se ve stopových koncentracích mohou dostávat do pitné vody prostřednictvím zemědělských a průmyslových zdrojů. Jejich přítomnost i v nízkých úrovních (ppt) může narušit ekosystémy a přispět k rozvoji bakteriální rezistence. Citlivá a selektivní analýza těchto látek je proto klíčová pro zajištění bezpečnosti pitné vody.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje metodu pro online předkoncentraci a extrakci vodních vzorků bez offline přípravy, následovanou rychlou chromatografickou separací a detekcí antibiotik pomocí vysokorozlišovacího Orbitrap hmotnostního analyzátoru. Cílem je ukázat schopnost kvantitativního stanovení a potvrzení antibiotik na úrovni ppt až sub-ppt.

Použitá instrumentace

• Thermo Scientific EQuan MAX systém (Accela 600 + Accela 1250 pumpy, Hypersil GOLD aQ loading kolona 20×2,1 mm, 12 µm; Accucore aQ analytická kolona 100×2,1 mm, 2,6 µm).
• Exactive Plus Orbitrap mass spectrometer (pozitivní ESI, Full Scan 70 000 @ m/z, AIF 35 000 @ m/z, HCD 30 eV se 20 % krokováním CE).
• Software TraceFinder 2.1 pro kvantifikaci a ExactFinder 2.0 pro spektrální potvrzení.

Metodika

• Přímá injekce 1 mL vzorku pitné vody acidifikovaného 0,1 % formiátovou kyselinou bez další úpravy.
• Online předkoncentrace na přípravné kolono během 1,2 min při 1 mL/min 100 % fáze A (voda, 0,1 % HCOOH, 4 mM HCOONH4).
• Zpětné promytí na analytickou RP kolonu a gradientní eluce 11 min mezi 2–98 % fáze B (methanol, 0,1 % HCOOH, 4 mM HCOONH4) při 350 µL/min, celkem 15 min.
• MS detekce ve Full Scan a All Ion Fragmentation (80–1000 m/z) s přesným sledováním teoretických hmotností protonovaných antibiotik.
• Kalibrace v rozmezí ~1 ppt–10 ppb, lineární či kvadratické křivky s vážením 1/X.
• Spektrální potvrzení MS2 fragmentů porovnáním s knihovnami ExactFinder.

Hlavní výsledky a diskuse

• LOQ pro 14 antibiotik se pohybovala mezi 0,2 a 40 pg/mL s %RSD <15 %.
• Kalibrační přímka sulfamerazinu při 3 pg/mL a MS2 fragmentace trimethoprimu při 80 pg/mL prokázaly výbornou linearitu a čistotu spekter.
• HR/AM Orbitrap umožnil jednoznačnou identifikaci a rozlišení od matice díky vysokému rozlišení a přesné hmotnosti.
• Eliminace offline úprav zkrátila dobu analýzy a snížila riziko chyby operátora.

Přínosy a praktické využití metody

• Snížení objemu vzorku na 1 mL namísto běžného 1 L.
• Automatizovaná online příprava zvyšuje průchodnost a reprodukovatelnost výsledků.
• Možnost zpětné reanalýzy HR/AM dat pro další látky.
• Vhodné pro rutinní monitoring pitné vody a QA/QC laboratorní kontroly.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na další skupiny kontaminantů včetně neznámých sloučenin (non-target screening).
• Integrace s pokročilými datovými nástroji a strojovým učením pro zrychlení zpracování dat.
• Vývoj přenosných a polních systémů pro on-site monitoring kvality vody.
• Standardizace postupů pro regulační agentury a environmentální dohled.

Závěr

Metoda online předkoncentrace kombinovaná s vysokorozlišovací LC-MS/HRAMS Orbitrap poskytuje rychlou a vysoce citlivou kvantifikaci i spolehlivou potvrzení řady antibiotik v pitné vodě na úrovni ppt. Díky eliminaci offline kroků a vysoké specifitě je vhodná pro rutinní monitoring a kontrolu kvality vody.

Reference

• Beck J., Yang C., Ghosh D., Akervik K. High Resolution LC-MS for Screening and Quantitative Analysis of Antibiotics in Drinking Water Using an Orbitrap and Online Sample Preparation. Thermo Fisher Scientific Poster Note PN63619_E, 2012.