Detection and Characterization of PFAS Molecules Using Inclusion and Exclusion Features of Data Directed Analysis (DDA)

Význam tématu

Polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou perzistentní environmentální kontaminanty s prokázanou bioakumulací a potenciálním karcinogenním působením. Jejich detekce v biologických matrikách v nízkých koncentracích vyžaduje vysoce selektivní a citlivé analytické postupy. Použití cílené datově řízené akvizice (DDA) s inkluzními a exkluzními seznamy nabízí efektivní řešení pro přesné zachycení PFAS molekul v komplexních vzorcích.

Cíle a přehled studie

Studie si klade za cíl demonstrovat schopnost systému Cyclic IMS v režimu ToF ESI Negative DDA detekovat a charakterizovat různé třídy PFAS za pomoci inkluzních seznamů založených na charakteristickém hmotnostním defektu a exkluzních seznamů z mapovaných background iontů. Autoři porovnali scénáře bez a s cílenými seznamy na modelových směsích a ve vzorcích lidské plazmy.

Použitá metodika a instrumentace

Liquid Chromatography

• ACQUITY Premier System s PFAS kitem a Atlantis Premier BEH C18 AX isolátorová kolona (2.1×50 mm, 5 μm)
• ACQUITY UPLC HSS T3 C18 (100×2.1 mm, 1.8 μm), 35 °C, průtok 0.3 mL/min, gradient MeOH/ammonium acetát

Mass Spectrometry

• SELECT SERIES Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometer (ToF ESI Negative DDA)
• Survey a MSMS scan 100 ms, různé ramfy kolizní energie pro odlišné PFAS třídy
• Software: MassLynx v4.2 pro akvizici, waters_connect pro zpracování, Tibco Spotfire pro vizualizaci
• Inkluzní seznam ~600 m/z hodnot s tolerancí ±50 mDa, exkluzní seznam >9000 matrikových iontů z „blank“ analýz

Hlavní výsledky a diskuse

Implementace inkluzních a exkluzních seznamů výrazně snížila počet nežádoucích MSMS spínačů na matrikové ionty. Ve vzorcích lidské plazmy s přidanými PFAS standardy bylo možné:

• Rozlišit isomery perfluoro-5-methylheptanesulfonové (P5MHpS) a perfluoro-6-methylheptanesulfonové kyseliny (P6MHpS) díky rozdílným fragmentačním iontům (např. m/z 329.9).
• Identifikovat perfluorotetradekanovou kyselinu (PFTrDA) na základě charakteristické fragmentace CO2 neutral loss a dominantního prekurzorového iontu.
• Zachovat vysokou přesnost měření ≤0,9 ppm RMS při analyzování v přítomnosti složitého matrikového pozadí.

Přínosy a praktické využití metody

Datově řízená akvizice s inkluzními seznamy založenými na PFAS hmotnostním defektu umožňuje:

• Selektivně zaměřit MSMS analýzu na relevantní PFAS ionty.
• Minimalizovat vyplýtvání kapacity spektra na matrikové pozadí.
• Rozlišovat izomerní formy PFAS s vysokou spolehlivostí.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj cyklické iontové mobility nabízí další dimenzi separace izomerů. Budoucí směřování zahrnuje:

• Integraci pokročilých algoritmů strojového učení pro automatické rozpoznání PFAS vzorců fragmentace.
• Rozšíření inkluzních knihoven o další deriváty PFAS a jejich metabolity.
• Implementaci real-time monitoringu PFAS v environmentálních a klinických laboratořích.

Závěr

Systém Cyclic IMS v režimu ToF DDA s využitím inkluzních a exkluzních seznamů pro PFAS detekci prokázal vysokou selektivitu a schopnost rozlišit strukturově podobné molekuly v komplexních vzorcích. Metoda významně zlepšuje citlivost a spolehlivost analýz PFAS v biologických matricích.

Reference

1. McCullagh M., Lioupi A., Theodoridis G., Plumb R., Wilson I., Adams S. Enhanced Identification Confidence and Specificity for PFAS Analysis Using Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry Collision Cross Sections. Waters Application Note 720008536, 2025.
2. McCullagh M., Adams S., Tudor A., Goshawk J., Mortishire-Smith R., Megson D., Ansong Asante K., Bruce-Vanderpuije P. Combining Pattern Analysis and Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry to Research PFAS Exposure in E-waste Handlers. Waters Application Note 720008784, 2025.
3. McCullagh M., Marsden Edwards E., Adams S. Illustrating the Use of Cyclic Ion Mobility to Enhance Specificity for Branched-PFAS Isomer Analysis. Waters Application Note 720007823, 2025.
4. Sleno L. The use of mass defect in modern mass spectrometry. J Mass Spectrom. 2012 Feb;47(2):226–236.