Qualitative and Quantitative Analysis of Contaminants of Emerging Concern in Biosolids Using a Dilute and Shoot UHPLC-Orbitrap MS Method

Význam tématu

Analýza kontaminantů nově se objevujících ve životním prostředí, zejména ve formě biosolíd, je klíčová pro posouzení rizik spojených s jejich akumulací v půdách či vodních tocích. Vzhledem k rostoucímu využívání farmaceutik, osobní péče a dalších chemikálií je důležité vyvinout citlivé, vysoce selektivní metody, které umožňují současně kvantifikovat cílené látky i zjišťovat neočekávané vedlejší produkty a transformáty.

Cíle a přehled studie

Studie představuje jednoduchý postup „dilute and shoot“ s použitím UHPLC-Orbitrap MS pro kvantitativní stanovení 49 cílených kontaminantů (CECs) v biosolidech a terestrických vzorcích obohacených biosolidy. Současně je navrženo nekcílové screeningové vyhledávání 381 potenciálních kontaminantů a jejich metabolitů.

Použitá metodika a instrumentace

Vstupní vzorky

• Biosolidy získané v temperovaných sběrech, konzervované při 4 °C a následně sušené, homogenizované a prosévané (200 µm).
• Příprava vzorku: 5 g suchého materiálu extrahováno dvakrát 20 mL směsí acetonitril/voda (70:30, v/v) s 0,1 % kyseliny octové a 1 mM EDTA. Extrakt po centrifugaci soustředěn, vysušen a rekonstituován v 100 µL interního standardu.

Instrumentace

• UHPLC: Thermo Scientific Dionex UltiMate 3000 (HRG-3400RS pumpa, WPS-3000 autosampler, TCC-3400 komora).
• Kolony: Betasil pro pozitivní mód a Hypersil GOLD™ 2,1×100 mm pro negativní mód.
• MS: Thermo Scientific Exactive Plus Orbitrap s HESI II, rozlišení 140 000 FWHM, vzorkovací rychlost >1,5 skenu/s.
• Software: TraceFinder™ pro kvantitativní analýzu a nekcílový screening; SIEVE™ pro zpřesnění identifikace přes ChemSpider™.

Hlavní výsledky a diskuse

Výkonnost metody

• MDL se pohybují od jednotek do stovek ng/g při odchylkách RSD do 20 %.
• Průměrné recovery většiny analyzovaných PPCP dosahují 70–120 %.

Obsah cílených látek v biosolidech

• Bisfenol A: 3,7–85,7 µg/g, karbamazepin: 3,3–3,6 µg/g.
• Kofein, triclocarban a triclosan detekovány v jednotkách ng/g až stovkách µg/g (semi-kvantitativně).

Nekcílový screening

• Identifikováno 381 látek, mezi nimi povrchově aktivní látky (POCH), musk složky, umělá sladidla, organofosfáty.
• Mezi často zjištěné patří galaxolid, dihexadecyldimethylammonium, sucralóza.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlé stanovení širokého spektra organických kontaminantů v pevných matricích bez časově náročných čistících kroků. Díky vysokému rozlišení Orbitrapu lze současně sledovat známé látky i nečekané transformáty, což je zásadní pro environmentální monitoring a hodnocení dopadů aplikace biosolidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databáze nekcílového screeningu o nové metabolity a transformáty.
• Integrace dat s environmentální modelací šíření CECs.
• Automatizace přípravy vzorků a zavedení pokročilých ionizačních technik (např. APPI).
• Využití strojového učení k predikci vzorců kontaminace a prioritizaci analyzovaných sloučenin.

Závěr

Navržená UHPLC-Orbitrap MS metoda „dilute and shoot“ nabízí vysoce citlivý a univerzální postup pro kvantitativní i nekcílové sledování škály kontaminantů v biosolidech. Jednoduchá příprava vzorku v kombinaci s vysokým rozlišením přináší robustní nástroj pro environmentální analýzy a další výzkum fate & transport CECs.

Reference

1. Ternes, T. A.; Joss, A., Human Pharmaceuticals, Hormones and Fragrances: The Challenge of Micropollutants. In Urban Water Management; IWA, 2006; s. 443.
2. Kortenkamp, A. Environment Health Perspectives, 2007, 1–42.