Analytical Solutions for PFAS Testing

Pokročilé analytické řešení pro testování PFAS: Shrnutí metod, výsledků a využití

Význam tématu

Per‑ a polyfluorované alkylové látky (PFAS) představují rozsáhlou skupinu stabilních fluorovaných organických sloučenin, které díky své odolnosti vůči rozkladu perzistují v životním prostředí, bioakumulují se a ohrožují zdraví. Rychle se zpřísňující limity v pitné vodě, potravinách a materiálech vyžadují citlivé, robustní a standardizované analytické přístupy, které pokryjí jak rutinní monitorování, tak objev nových a neočekávaných sloučenin.

Cíle a přehled studie / článku

Publikace představuje přehled praktických analytických řešení (LC‑MS/MS, LC‑QTOF, GC‑MS, CIC, EDXRF) pro detekci nízkých úrovní PFAS napříč maticemi: pitná voda, odpadní voda, půda, tkáň, potraviny, vzduch a spotřební produkty. Cílem je ukázat metodické protokoly, dosažené analytické parametry (LOQ/LLOQ, linearita, recoveries, přesnost) a příklady aplikací odpovídajících mezinárodním normám (EPA, ISO, ASTM, AOAC). Zahrnuto je i nasazení netargetovaných HRAM metod pro objev nových PFAS molekul.

Použitá metodika a procesy

Obecné přístupy:

• Targetované LC‑MS/MS (triple quadrupole) pro kvantitativní analýzu regulovaných skupin PFAS podle EPA 537.1, 533, 1633/1633A, ISO 21675, ASTM D8421 a AOAC SMPR.
• Direct injection LC‑MS pro vysokou citlivost bez SPE předkoncentrace u pitné vody.
• On‑line SPE s UHPLC a stacked injection pro vyšší citlivost v potravinových matricích (vejce, mléko, ryba).
• HRAM‑DIA (LC‑QTOF) pro netargetované/suspect screeningy a strukturální charakterizaci neznámých PFAS.
• GC‑MS s termickou desorpcí pro volatilní/semivolatilní neutrální PFAS (FTOH, FTAC, FOSA).
• Combustion Ion Chromatography (CIC) pro měření Adsorbable Organic Fluorine (AOF) jako sumárního indikátoru organického fluoru včetně PFAS, v souladu s EPA 1621.
• EDXRF jako rychlá screeningová metoda pro detekci přítomnosti fluoru v textiliích a kuchyňských výrobcích.

Klíčové postupy vzorkování a přípravy:

• SPE extrakce a frakcionace pro vodné a složité matricové vzorky (ISO 21675): separace neutrálních a iontových PFAS.
• Jednoduché extrakční postupy (např. 1:1 metanol:vzorek) podle ASTM D8421 pro neregulované vodné matrice a pro spotřební produkty modifikované protokoly bez náročného SPE.
• QuEChERS extrakce komb. s on‑line SPE pro potraviny (vejce) a minimalizaci manipulace.

Použitá instrumentace

Hlavní instrumentální systémy a periferie uvedené v textu:

• LC‑MS/MS: série Shimadzu RX (LCMS‑8060RX, LCMS‑8060RX/8065XE, LCMS‑8065XE, LCMS‑8060NX, LCMS‑8050) pro targetované a vysoce citlivé analýzy, včetně automatického přepínání metod (PFAS / cyanotoxiny).
• Compact single quadrupole: LCMS‑2050 pro rychlé a levnější kvantifikace 28 PFAS při vyšších koncentracích.
• QTOF/HRAM: LCMS‑9030/LCMS‑9050 pro HRAM‑DIA netargetované screeny a identifikaci neznámých PFAS.
• GC‑MS: GCMS‑QP2020 NX spojený s termickou desorpcí TD‑30R pro analýzu volatilních PFAS.
• CIC: HIC‑ESP ion chromatograph + spalovací jednotka AQF‑5000H pro AOF dle EPA 1621.
• EDXRF: EDX‑8100 pro rychlou detekci elementárního fluoru v textiliích a povlacích.
• UHPLC a autosamplery: Nexera UHPLC systému s funkcí stacked injection a Nexera SIL‑40, Nexcol PFAS Delay column (snížené pozadí, vysoký tlak).

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost a linearita:

• LCMS‑8065XE pro direct injection dosahoval kvantifikace 29 PFAS pod 1 ng/L (LOD/LLOQ v nízkých ng/L), lineární kalibrace s R2 téměř 0,999 pro klíčové látky (PFOA, PFOS).
• LCMS‑8065XE splnil až ~80× nižší LLOQ než požadavek EPA 1633A v neat standardech.

Opakovatelnost a přesnost:

• EPA 537.1 – simultánní analýza 18 PFAS; při nejnižší kalibrační hladině 0,05 µg/L vykázána dobrá opakovatelnost (area %RSD < 11 %) a linearita (R>0.997).
• Spike‑and‑recovery testy v pitné vodě a ultrapure water při úrovních odpovídajících MCLs vykázaly recoveries a %RSD v požadovaných mezích.
• ASTM D8421 – 44 PFAS v odpadních vodách: optimalizovaná chromatografie a ko‑injektace 0.1 % acetu zlepšily tvary píků raně elujících sloučenin; výsledky splňují kritéria metody (recoveries 70–130 %, %RSD ≤ 30 %).
• Soil robustness: LCMS‑8060RX prováděl 500 po sobě jdoucích analýz půdního vzorku s dobrými RSD (5–7 %) a QC recoveries 80–120 %.
• Tissue (EPA 1633A): separace PFOS od biliárních kyselin zajištěna použitím acetonitrilu; 900+ injekcí po 7 dní s vysokou stabilitou kalibrace.

Speciální přístupy:

• CIC pro AOF: MDL ~1.27 µg/L, kalibrace v požadovaném rozsahu 1.8–442.5 µg/L jako F‑ provedla se dle EPA 1621 s akceptovatelnými přesnostmi (80–120 % pro body kalibrace).
• GC‑MS TD‑30R: detekce neutrálních FTOH a FOSA v ambientním vzduchu s recoveries 77–106 % a koncentrační %RSD < 8.
• HRAM‑DIA (LC‑QTOF): citlivé ne‑targetované screeny umožnily verifikaci 14 standardů při 1 ng/mL a detekci 16 PFAS‑like signálů v neznámém vzorku včetně identifikace PFBA pomocí dekonvoluovaného MS/MS a vyhledání v knihovně.

Přínosy a praktické využití metody

Rutinní compliance testing:

• Integrace ready‑to‑use metodických balíčků (LC/MS/MS Method Package pro EPA 533 a 537.1) zkracuje čas nasazení laboratoře a zajišťuje porovnatelné výsledky napříč laboratořemi.

Vysoce citlivé a rychlé workflow:

• Direct injection a on‑line SPE s UHPLC umožňují vyšší throughput a redukci pracné přípravy vzorků u pitné vody a potravin.

Screening a objevování nových sloučenin:

• HRAM‑DIA workflow poskytuje nezbytnou kapacitu pro suspect/unknown screening, doplňující cílené metody.

Testování spotřebních výrobků a materiálů:

• Jednoduché extrakční protokoly bez SPE pro spotřební produkty a EDXRF pro rychlé ověření přítomnosti fluoru v textiliích – vhodné pro screening a třídění vzorků před podrobnějšími analýzami.

Budoucí trendy a možnosti využití

Standardizace a harmonizace: sjednocení protokolů (SOPs) a širší přijetí metod založených na AOAC/ISO/ASTM/EPA pro zajištění mezinárodní porovnatelnosti dat.

Posun k netargetovaným přístupům: rozšířené nasazení HRAM metod a databází pro identifikaci nově vznikajících PFAS struktur; kombinace netargetovaných a targetovaných analýz s cílem kvantifikovat nové látky po jejich identifikaci.

Automatizace a vysoký průtok: on‑line SPE, stacked injection a direct injection strategie sníží pracovní zátěž a zrychlí zpracování velkého počtu vzorků (monitoring pitné vody, potravinová kontrola, screening obalových materiálů).

Integrace sumárních a selektivních metod: spojení CIC (AOF/EOF) se selektivními LC‑MS/MS měřeními k získání celkového obrazu organického fluoru a následné identifikaci specifických PFAS.

Snižování pozadí a zlepšení kolony/krytek: materiálově optimalizované delay column a PFAS‑-free spotřební materiál pro snížení artefaktů a zlepšení citlivosti při nízkých koncentracích.

Závěr

Prezentovaný soubor metod a instrumentů ukazuje, že současné analytické platformy dokážou kombinovat vysokou citlivost, opakovatelnost a průtok potřebný pro rutinní i výzkumné aplikace PFAS v širokém spektru matric. Klíčová je volba kombinace technik podle cíle (rutinní kvantifikace vs. objevování nových látek), správná příprava vzorků a přijetí standardizovaných postupů. Kombinace CIC jako screeningového nástroje, cíleného LC‑MS/MS pro regulované látky a HRAM pro netargetovaný objev představuje komplexní strategii pro současné a budoucí požadavky monitorování PFAS.

Reference

Uvedené metody a standardy (citované a aplikované v textu):

• US EPA Method 537.1 (PFAS in drinking water)
• US EPA Method 533 (PFAS in drinking water)
• US EPA Methods 544, 545 (cyanotoxins)
• US EPA Method 1621 (AOF by CIC)
• US EPA Method 1633 / 1633A (PFAS in wastewater, soil, tissue, biosolids)
• ISO 21675 (determination of PFAS in water)
• ASTM D8421‑22 (analysis of PFAS in non‑potable waters)
• AOAC SMPRs for PFAS in food matrices