THE UTILITY OF CYCLIC ION MOBILITY TO IMPROVE SELECTIVITY AND ANALYSIS EFFICIENCY OF ENVIRONMENTAL PFAS CONTAMINATION AND EXPOSURE

Význam tématu

Polyfluorované alkylové látky (PFAS) představují významný environmentální a zdravotní problém díky své perzistenci, bioakumulaci a potenciálnímu karcinogennímu účinku. Sledování expozice PFAS v lidských biofluidách je klíčové pro pochopení cest a úrovní vystavení, nicméně rozlišení izomerů při konvenční kapalinové chromatografii často naráží na nedostatečnou selektivitu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit schopnost cyklické iontové mobility (cIM) doplněné o měření kolizně-krosové plochy (CCS) v kombinaci s UPLC-MS pro zlepšení selektivity, rychlosti a spolehlivosti při analýze PFAS. Studie hodnotila rozlišení lineárních a rozvětvených izomerů PFOS, separaci biomarkerů žlučových kyselin a reprodukovatelnost CCS hodnot v intra- a inter-laboratorním měřítku, srovnanou s publikovanými výsledky z drift-tube (DT) IMS.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky:

• Pufrované směsi PFAS standardů (PFAC30PAR) a jednotlivé standardy.
• Anonymizované extrakty lidské plazmy připravené SPE metodou na 96-well µElution deskách (polymerní RP/aniontová výměna).

Chromatografie:

• Waters ACQUITY UPLC I-Class Premier s PFAS kitem.
• Atlantis BEH C18 AX (2.1×50 mm, 5 μm) a HSS T3 (2.1×100 mm, 1.8 μm).
• Gradient 22 minut, fáze A: 95 % H2O/5 % MeOH (2 mM NH4OAc), fáze B: MeOH (2 mM NH4OAc).

MS a iontová mobilita:

• SELECT SERIES Cyclic IMS (Waters) s rozlišením cIM R≈65–145.
• Acquisition MSE (ESI, 0.5 kV, 250 °C, 10 V), rozsah m/z 50–1200, rychlost 0,156 s.
• Software: MassLynx v4.2, DriftScope 3.0, Waters_connect 3.8.0.23, Tibco Spotfire 6.0.0.

Hlavní výsledky a diskuse

Rozlišení izomerů:

• Lineární a rozvětvené PFOS izomery plně separovány při 5,5min LC gradientu díky cIM (R~145).
• Separace izomerů žlučových kyselin (taurodeoxycholic, taurochenodeoxycholic, tauroursodeoxycholic).

Reprodukovatelnost CCS:

• Srovnání cIM a DT CCS ukázalo rozdíly ΔCCS <1 % intra- i inter-laboratorně.
• Rasterová matice kalibrace pro PFOS poskytla R²>0,999.

Zkrácení času:

• Celková doba analýzy snížena o 75 % ve srovnání s konvenčními UPLC-MS metodami.

Kvantifikace:

• Stanovení koncentrací jednotlivých PFOS izomerů v lidské plazmě umožnilo korelace struktury izomeru s expoziční úrovní.

Přínosy a praktické využití metody

Implementace LC-cIM-MS přináší:

• Vyšší selektivitu v neřízených screeningových analýzách PFAS.
• Rychlejší analýzy s nižšími náklady na spotřební materiál.
• Možnost charakterizovat „známé“ i „neznámé“ PFAS a jejich biotransformační produkty.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření CCS knihoven a standardizace hodnot mezi laboratořemi.
• Integrace HDMSE pro hlubší strukturální informace.
• Využití v biomonitoringu, environmentálním dohledu a QA/QC procesech.

Závěr

LC-cIM-MS technologie s cyklickou iontovou mobilitou významně zvyšuje selektivitu, specifičnost a efektivitu analýzy PFAS. Reprodukovatelné CCS hodnoty a výrazné zkrácení doby analýzy otevírají nové možnosti pro expoziční a environmentální studie.

Reference

1. Dodds JN, Hopkins ZR, Knappe DRU, Baker ES. Rapid Characterization of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) by Ion Mobility Spectrometry–Mass Spectrometry (IMS-MS). Analytical Chemistry. 2020;92(6):4427-4435. DOI: 10.1021/acs.analchem.9b05364
2. Schilberg RN, Wei S, Twagirayezu S, Neill JL. Conformational dynamics of perfluorooctanoic acid (PFOA) studied by molecular rotational resonance spectroscopy. Chemical Physics Letters. 2021;778:138789.
3. Organtini KL, Rosnack KJ, Lame ME, Calton LJ. Extracting and Analyzing PFAS from Human Serum. Waters Application Note 720007114. Revised July 2021.
4. Waters Corporation. PFAS Analysis Kit for ACQUITY UPLC Systems User Guide 720006689; 2024.