Identification of Anthropogenic Compounds in Stream Waters Using Non- target Strategies by HRMS

Význam tématu

Antropogenní sloučeniny ve vodních tocích představují riziko pro ekosystémy i lidské zdraví. Jejich stopové množství komplikovaně sleduje tradiční cílená analýza. Použití nedefinovaných (non-target) strategií s vysokým rozlišením hmotové spektrometrie (HRMS) umožňuje široké zmapování potenciálních kontaminantů bez předchozích analytických standardů.

Cíle a přehled studie / článku

Studie mapovala výskyt antropogenních látek v povrchových vodách Velkého Thompsona (Colorado) na šesti lokalitách od pramene až po oblasti ovlivněné antropogenní činností. Hlavním cílem bylo porovnat kontrolní (pristine) a ovlivněné lokality, identifikovat maximální počet sloučenin a vyhodnotit změny koncentrací.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky (100 mL) byly extrahovány na Oasis HLB kazetách pomocí automatické SPE (Gilson GX-271 ASPEC), eluovány metanolem, koncentrovány na 0,5 mL a injikovány (20 µL) na LC/Q-TOF MS.

• Chromatografie: reverzní fáze (C8 kolona).
• Spektrometrie: Agilent 1290 Infinity II LC spojený s 6546 LC/Q-TOF MS, pozitivní ESI, data-nezávislá i iterativní MS/MS.

Pro zpracování dat se použily: Agilent MassHunter Explorer (non-target extrakce), ChemVista Library Manager (in-house spektrální knihovny), NIST Tandem MS/MS (2023), SIRIUS a CSI:FingerID pro generování struktur a sumárních vzorců.

Hlavní výsledky a diskuse

LOESS normalizací bylo ve 5487 detekovaných sloučeninách nalezeno 294 látek s >10násobným nárůstem koncentrace v dolních úsecích (p<0,05). Principiální rozdíl potvrdila analýza PCA.

• 27 sloučenin bylo potvrzeno s retenčním časem a MS/MS z in-house knihoven.
• 22 dalších sloučenin identifikováno pomocí NIST MS/MS.
• SIRIUS & CSI:FingerID ověřily shodu struktur a poskytly sumární vzorce pro neznámé látky.

Přínosy a praktické využití metody

Non-target přístup umožňuje rozsáhlé monitorování jak známých, tak neočekávaných kontaminantů v povrchových vodách. Kombinace více databází a nástrojů zvyšuje míru identifikace a podporuje environmentální monitoring a správu kvality vod.

Budoucí trendy a možnosti využití

Integrace strojového učení pro automatickou interpretaci fragmentačních dat, rozšíření spektrálních knihoven a aplikace nedefinovaných strategií v reálném čase pro včasné varování v enviromentálních sítích.

Závěr

Výzkum potvrdil efektivitu non-target HRMS metody v detekci antropogenních sloučenin v povrchových vodách. Kombinované přístupy identifikace zvýšily spolehlivost detekce, avšak značná část látek stále vyžaduje manuální verifikaci fragmentů.

Reference

• Dührkop K., Fleischauer M., Ludwig M., et al. SIRIUS4: a rapid tool for turning tandem mass spectra into metabolite structure information. Nat Methods. 16 (2019).
• Dührkop K., Shen H., Meusel M., Rousu J., Böcker S. Searching molecular structure databases with tandem mass spectra using CSI:FingerID. Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (2015).