Environmental Profiling of River Water Using Q-TOF LC/MS and Mass Profiler Software

Význam tématu

Vývoj metod pro neřízené screeningové stanovení stopových a neočekávaných kontaminantů ve vodě je klíčový pro ochranu životního prostředí a veřejného zdraví. Přesná hmotnostní spektrometrie ve spojení se statistickou analýzou umožňuje odhalit široké spektrum pesticidů, farmaceutik, protikorozních přísad či zpomalovačů hoření, které mohou negativně ovlivnit kvalitu povrchových a podzemních vod.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat vzorky řeky odebrané nad a pod vypouštěním čistírny odpadních vod a identifikovat nové či neočekávané znečišťující látky. Použit byl Q-TOF LC/MS systém pro získání vysoce přesných hmotnostních dat a softwarové nástroje pro extrakci, zarovnání a statistické zpracování molekulárních vlastností vzorků.

Použitá metodika a instrumentace

• Odběr vzorků: řeka Ammer, lokality nad a pod čistírnou odpadních vod. Koncentrace extrakcí SPE (kartuše HLB a ENBV+) s faktorem 500.
• Kapalinová chromatografie: Agilent 1260 Infinity HPLC s kolonkou Phenomenex Synergi Polar-RP (150×3 mm, 4 µm), mobilní fáze voda a methanol s 0,1 % kyselinou mravenčí, gradientní program a průtok 0,3 mL/min.
• Mass spectrometrie: Agilent 6550 iFunnel Q-TOF LC/MS v režimu ToF MS a datově závislém MS/MS, akvizice 1 scan/s v MS, 3 scan/s v MS/MS.
• Software: MassHunter Qualitative Analysis s algoritmem Molecular Feature Extractor, Mass Profiler pro statistiku, Molecular Structure Correlator pro in silico fragmentaci, ChemSpider, Agilent Forensic Toxicology a Pesticide Personal Compound Database.

Hlavní výsledky a diskuse

Ze vzorku pod čistírnou bylo detekováno 1 564 rysů, z toho 1 043 unikátních pro ovlivněnou lokality. Pro 894 rysů byly přiřazeny sumární vzorce s přesností do 5 ppm. Pomocí databází bylo z 150 kandidátů potvrzeno 21 látek shodou s externími spektrálními knihovnami, dalších 32 bylo ověřeno autentickými standardy. Příkladem úspěšné identifikace jsou karbamazepin a iopamidol, které demonstrují význam bohatých spektrálních knihoven a in silico fragmentace.

Přínosy a praktické využití metody

Navržený postup nabízí robustní workflow pro environmentální monitoring a průmyslovou kontrolu kvality vody. Umožňuje odhalit neočekávané či nové kontaminanty, podporuje rizikovou analýzu a rozhodování regulačních orgánů a napomáhá ochraně ekosystémů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření a standardizace hmotnostních knihoven i veřejně dostupných databází.
• Integrace umělé inteligence a strojového učení pro predikci struktur neznámých látek.
• Propojování dat z dalších omických technik (toxikogenomika, metabolomika) pro komplexní posouzení toxicity.
• Vývoj přenosných Q-TOF systémů pro polní monitoring.

Závěr

Studie prokázala efektivitu Q-TOF LC/MS a pokročilých softwarových nástrojů pro neřízený screening řekových vod. Identifikace širokého spektra kontaminantů potvrzuje přínos metody pro environmentální vědu a nutnost neustálé aktualizace databází.

Reference

1. M. Gust et al. Effects of Short-Term Exposure to Environmentally Relevant Concentrations of Different Pharmaceutical Mixtures on the Immune Response of the Pond Snail Lymnaea stagnalis. Science of the Total Environment 445–446:210–218 (2013).
2. R.H. Triebskorn et al. Ultrastructural Effects of Pharmaceuticals (Carbamazepine, Clofibric Acid, Metoprolol, Diclofenac) in Rainbow Trout (Oncorhynchus mykiss) and Common Carp (Cyprinus carpio). Analytical and Bioanalytical Chemistry 387(4):1405–1416 (2007).
3. B.I. Escher et al. Most Oxidative Stress Response in Water Samples Comes from Unknown Chemicals: The Need for Effect-Based Water Quality Trigger Values. Environmental Science & Technology (2013).
4. M. Zedda, C. Zwiener. Is Nontarget Screening of Emerging Contaminants by LC-HRMS Successful? A Plea for Compound Libraries and Computer Tools. Analytical and Bioanalytical Chemistry 403(9):2493–2502 (2012).