Out-of-the-box workflow for PFAS quantitation using a fullscan high-resolution approach with the Orbitrap Exploris EFOX Mass Detector

Shrnutí aplikace: Kvantifikace PFAS pomocí full‑scan vysokého rozlišení na Orbitrap Exploris EFOX

Význam tématu
Thema per‑ a polyfluorovaných alkylových látek (PFAS) je klíčové pro ochranu vodních zdrojů a veřejného zdraví vzhledem k vysoké perzistenci, bioakumulaci a rostoucím regulačním požadavkům v Evropě. Použití HRMS full‑scan metod umožňuje současně přesnou kvantifikaci, podezřelou (suspect) analýzu i retrospektivní vyhledávání nově definovaných cílových látek, což výrazně zvyšuje adaptabilitu laboratorních workflow ke změnám legislativy a monitorovacím potřebám.

Cíle a přehled studie / článku
Cílem prezentovaného pracovního postupu je nabídnout „out‑of‑the‑box“ řešení pro kvantifikaci 61 PFAS v organickém extraktu vody pomocí Orbitrap Exploris EFOX v režimu full‑scan HRMS. Studie představuje analytickou kvalifikaci metody: limity kvantifikace (LOQ), linearitu, přesnost, opakovatelnost a robustnost na reálných extraktech (pitná voda, povrchová voda, podzemní voda, odpadní vody). Metoda je navržena tak, aby odpovídala současným evropským normám a aby byla kompatibilní s běžnými postupy přípravy vzorku (SPE, DLLME).

Použitá metodika a instrumentace
Popis metody:

• Typ akvizice: full‑scan HRMS s vysokým rozlišením a přesnou hmotností; možnost in‑source fragmentace pro další potvrzení.
• Dvojitá chromatografie v jednom běhu: dvě separace na dvou odlišných sloupcích pro ortogonální potvrzení (dvě retenční časy ve stejném datovém souboru).
• Mobilní fáze: voda a methanol s 0,1 mM ammoniumfluoridem.
• Objem injekce: 10 µL, celkový čas běhu 14,5 min.
• Rozsah skenování: m/z 70–1000; rozlišení 60 000; polarita: negativní režim; ionizace HESI.

Použitá instrumentace (výslovně z metody):

• Orbitrap Exploris EFOX mass detector (Thermo Scientific)
• Vanquish Flex dvojité UHPLC (2× Vanquish Flex Binary UHPLC pumps)
• Vanquish Dual Split Sampler a Vanquish Flex Column Compartment
• Chromeleon 7.3.2 CDS pro řízení, zpracování a reportování
• Chromatografické sloupce: Hypersil GOLD 100×2.1 mm 1.9 µm (C18 a C8) a Hypersil GOLD 50×2.1 mm 1.9 µm

Vzorkování a příprava:

• Kalibrační roztoky v methanolu 25–5000 ng/L (interní standardy 500 ng/L).
• Spiking mix 61 PFAS; 22 izotopovaných interních standardů pro korekci maticových efektů.
• Kompatibilita se SPE a s automatizovanou DLLME pro koncentraci vzorků (požadováno ~100–500× koncentrační faktoru pro dosažení maticových LOQ).

Hlavní výsledky a diskuse

• Rozsah cílených látek: 61 PFAS včetně regulovaných i emerging látek (FTOH, FTAB, diPAP aj.).
• LOQ v roztoku: většina sloučenin dosáhla 50 ng/L; většina LOQ ležela mezi 50–250 ng/L, méně než 5 % mělo LOQ až 500 ng/L. Při 500× koncentraci extraktu odpovídají maticové LOQ ~0,1–1 ng/L.
• Linearita: pro všechny analyty R² > 0,990; povolené tolerance ±40 % u LOQ a ±20 % pro ostatní kalibrační body byly splněny.
• Přesnost a opakovatelnost: LOQ stabilní při 10 opakovaných injekcích s %RSD obvykle <20 % (častěji níže); testy robustnosti s QC injekcemi každých 10 vzorků po dobu 17 hodin ukázaly konzistentní výsledky bez nutnosti ladění MS.
• Ortogonální potvrzení: dvě retenční doby na rozdílných stacionárních fázích (±0,1 min), dvě přesné hmotnosti z full‑scan (±5 ppm) a volitelně fragmenty z in‑source pro větší jistotu identifikace.
• Praktická poznámka: laboratorní pozadí PFAS (vzduch, spotřební materiál) omezuje praktický LOQ; uživatelé by měli zohlednit lokální kontaminaci a přizpůsobit LOQ podle pracovního prostředí.

Přínosy a praktické využití metody

• Univerzální workflow: jedním nastavením umožňuje kvantitativní cílenou analýzu, suspect screening a retrospektivní search bez nutnosti dalších akvizic.
• Regulační soulad: metoda je navržena tak, aby splňovala limity Směrnice o pitné vodě (0,1 µg/L skupina 20 PFAS; 0,5 µg/L celkem) a rozšiřitelné na místní seznamy cílových PFAS.
• Kompatibilita s běžnými extrakčními postupy: SPE a DLLME; vhodné pro monitoring pitné vody, povrchových a odpadních vod i pro kontrolu vypouštění z instalací.
• Rychlost a provozní jednoduchost: relativně krátké chromatografické běhy (14,5 min) a zabudované softwarové šablony pro zpracování a reportování snižují čas potřebný pro zavedení metody.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování seznamu PFAS: s postupným doplňováním regulovaných a emerging látek bude HRMS full‑scan cenným nástrojem pro retrospektivní analýzu starších dat.
• Zlepšení kontroly pozadí: standardizovaná praxe pro minimalizaci kontaminace v laboratoři a nové materiály s nízkým uvolňováním PFAS zlepší dosažitelné LOQ.
• Automatizace a miniaturizace přípravy vzorku: širší implementace automatických DLLME a robotizovaných SPE pro vyšší propustnost a reprodukovatelnost.
• Metrologické standardy: potřeba více izotopově značených standardů pro emerging PFAS a harmonizace mezi laboratořemi pro mezilaboratorní porovnatelnost.
• Integrace HRMS dat s datovými vědami: použítí strojového učení a databází pro suspect a non‑target screening zvyšuje hodnotu plných spektrometrických záznamů.

Závěr
Prezentované workflow poskytuje ucelenou, robustní a regulačně orientovanou metodu pro kvantifikaci širokého spektra PFAS pomocí orbitrapového HRMS v režimu full‑scan. Díky dvojité chromatografii v jednom běhu, ortogonálnímu potvrzení a kompatibilitě s běžnými extrakčními postupy představuje metoda praktické řešení pro environmentální monitoring a podporu souladu s aktuálními i budoucími legislativními požadavky.

Reference

1. Jian JM, et al. A short review on human exposure to and tissue distribution of per‑ and polyfluoroalkyl substances (PFASs). Science of the Total Environment. 2018;636:1058–1069. DOI:10.1016/j.scitotenv.2018.04.380.
2. Fenton SE, et al. Per‑ and polyfluoroalkyl substance toxicity and human health review: Current state of knowledge and strategies for informing future research. Environmental Toxicology and Chemistry. 2021;40(3):606–630. DOI:10.1002/etc.4890.
3. Directive (EU) 2020/2184 of the European Parliament and of the Council on the quality of water intended for human consumption. 2020.
4. Johanson S, et al. Toxic tide rising: time to tackle PFAS – National approaches to address PFAS in drinking water across Europe. European Environmental Bureau. Policy briefing. 2023.
5. EPA Drinking Water Research Methods. US EPA.
6. Thermo Fisher Scientific. Application Note 002902: Direct injection of drinking water for the analysis of 54 PFAS compounds by LC‑MS/MS aligned with current and evolving global regulations.
7. Thermo Fisher Scientific. Application Brief 003164: Dispersive liquid‑liquid microextraction for the automated sample preparation of PFAS in drinking water.
8. Thermo Fisher Scientific. Application Note 73883: Determination of per‑ and polyfluorinated alkyl substances (PFAS) in drinking water using automated solid phase extraction and LC‑MS/MS for U.S. EPA Method 533.
9. Thermo Fisher Scientific. Application Note 73346: Determination of PFAS in drinking water using automated SPE and LC‑MS/MS.
10. Thermo Fisher Scientific. Application Brief 003941: Out‑of‑the‑box workflow for PFAS quantitation using a targeted approach with the TSQ Altis Plus mass spectrometer.