Automated targeted and non-targeted LC-Orbitrap MS workflow for analysis of more than 40,000 PFAS compounds

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) představují perzistentní a potenciálně toxické znečišťující látky, které se běžně vyskytují v životním prostředí a zdrojích pitné vody. Jejich nízké koncentrace na úrovni ppt vyžadují vysoce citlivé, přesné a robustní analytické metody. Kombinace cílených i necílených přístupů umožňuje komplexní monitorování známých i dosud neobjevených PFAS v jednom workflow.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo demonstrovat výkon plně automatizovaného postupu pro extrakci, kvantitativní stanovení a necílenou analýzu více než 40 000 PFAS v pitné vodě. Metodika využívá automatickou DLLME extrakci a dvě separátní LC–Orbitrap injekce: jednu pro cílenou kvantifikaci 56 referenčních PFAS a druhou pro necílené detekce a anotace neznámých PFAS.

Použitá metodika

• Automatizovaná DLLME extrakce (dispersive liquid–liquid microextraction) s Thermo Scientific TriPlus RSH SMART stanicí
• Disperze extrakčního rozpouštědla, vznik mikrokapek, následné oddělení fází a odebrání extraktu
• UHPLC separace na Vanquish Flex s Acclaim 120 C18 kolony (0,4 mL/min, 23 min)
• Cílená analýza: režimy Full Scan 60 k, SIM 60 k a AIF 15 k pro 56 PFAS
• Necílená analýza: Compound Discoverer 3.3 SP3 se šablonou pro vysokou jistotu anotací

Použitá instrumentace

• Orbitrap Exploris 240 HRMS (Thermo Scientific)
• Vanquish Flex UHPLC (Thermo Scientific)
• Acclaim 120 C18 kolony (Thermo Scientific)
• TriPlus RSH SMART liquid handling station (Thermo Scientific)
• Chromeleon CDS verze 7.3.2 (Thermo Scientific)
• Compound Discoverer 3.3 SP3 (Thermo Fisher Scientific)

Hlavní výsledky a diskuse

• Cílená kvantifikace 56 PFAS dosáhla detekčních limitů 0,1–5 ppt
• Reprodukovatelnost pod 30 % RSD a přesnost 70–130 % při nízké (1 ng/L) a vysoké (75 ng/L) koncentraci
• 96 % spikovaných PFAS detekováno a anotováno workflow
• Necílená analýza kombinuje databáze EPA, NIST, FluoroMatch a in-silico spektrální knihovny
• 73 % detekovaných PFAS anotováno na úrovni 2 prostřednictvím kombinace MS1 a MS2 dat
• PCA a ortogonální MS1 grafy ilustrují odlišnosti složení PFAS mezi vzorky balené a kohoutkové vody

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a vysoce citlivá analýza PFAS v pitné vodě
• Snížení spotřeby rozpouštědel a rizika kontaminace
• Možnost paralelní cílené kvantifikace a necíleného screeningu
• Standardizovaný postup vhodný pro rutinní monitoring a QA/QC

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření spektrálních a chemických databází pro lepší pokrytí neznámých PFAS
• Využití strojového učení pro zrychlení a zpřesnění anotací
• Adaptace na složitější matrice, např. potraviny, sedimenty či biologické vzorky
• Implementace nových HRMS technologií pro vyšší rozlišení a rychlost

Závěr

Automatizovaná DLLME extrakce v kombinaci s LC–Orbitrap analýzou poskytuje robustní platformu pro kvantitativní a kvalitativní screening stovek PFAS v pitné vodě. Metoda zvyšuje citlivost, snižuje spotřebu rozpouštědel a umožňuje komplexní popis složení vzorků pro efektivní environmentální monitoring.

Reference

1. Charbonnet J. A.; McDonough C. A.; Xiao F.; Schwichtenberg T.; Cao D.; Kaserzon S.; Thomas K. V.; Dewapriya P.; Place B. J.; Schymanski E. L.; Field J. A.; Helbling D. E.; Higgins C. P. Environmental Science & Technology Letters, 2022.
2. Kaufman A.; Butcher P.; Maden S.; Walker S.; Widmer M. Journal of AOAC International, 2022.