Determination of 30 PFAS in Coffee by Liquid Chromatography Triple Quadrupole Mass Spectrometry (LC-MS/MS)

Význam tématu

Per- a polyfluorované látky (PFAS) jsou persistentní antropogenní sloučeniny s prokázanými negativními účinky na zdraví a širokým využitím v průmyslu i spotřebním zboží. Jejich výskyt v potravinách může vznikat prostřednictvím kontaminované životního prostředí, výrobních procesů nebo obalů. Spolehlivá, citlivá a validovaná analytika PFAS v potravinových matricích je zásadní pro ochranu veřejného zdraví, dodržování regulačních požadavků a pro rutinní monitorování v potravinářských laboratořích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem publikované studie bylo provést jednorázovou laboratorní validaci metody pro stanovení 30 PFAS ve filtrované (brouwed) kávě s použitím rychlé extrakce, SPE čistění a analýzy UHPLC–MS/MS (Shimadzu Nexera + LCMS‑8060NX). Metoda měla splnit požadavky AOAC SMPR 2023.003 na přesnost, opakovatelnost a limit kvantifikace (LOQ).

Použitá metodika a instrumentace

Postup přípravy vzorku a analýzy (shrnutí):

• Vzorek: komerčně dostupná organická filtrovaná káva; testovací množství 10 g.
• Spike a interní standardy: 30 nativních PFAS doplněných 16 izotopově značenými standardy; spike v triplicích na čtyřech úrovních (0.0055, 0.055, 0.55, 5.5 ng/g); kalibrace 0.001–10 ng/g (matrix‑matched).
• Extrahce: 10 mL acetonitrilu, krátké protřepání (1 min), odstředění (5 min, 4000 rpm).
• Čištění: acetonitrilová fáze zředěna 5× PFAS‑free vodou, pročištěna WAX (weak anion exchange) SPE patronou; eluace v zásaditém methanolu, koncentrování do sucha a rekonstituce do 0.4 mL methanol‑voda.
• Chromatografie: Shimadzu Nexera UHPLC; separace všech sledovaných analytů v 9 minutách; optimalizace zajišťuje oddělení PFOS od cholových kyselin a baseline rozlišení lineárních a rozvětvených izomerů.
• Hmotnostní spektrometrie: Shimadzu LCMS‑8060NX, heated ESI v negativním módu, MRM tranzice pro každý analyte; kvantifikace metodou izotopového ředění (isotope dilution), lineární kalibrační křivky bez nucení přes nulu.

Instrumentace (samostatná sekce):

• UHPLC: Shimadzu Nexera
• Triple quadrupole MS: Shimadzu LCMS‑8060NX s heated ESI
• SPE: WAX typ kartridže
• Další: standardní laboratorní vybavení pro odstřeďování, koncentrování a přípravu roztoků

Hlavní výsledky a diskuse

Optimalizace a výkon metody:

• Bylo vyhodnoceno 1984 kombinací instrumentálních nastavení a 6 různých kombinací kolona/gradient pro dosažení optimálního tvaru píků, rozlišení a citlivosti, zejména pro PFOA, PFHxS, PFNA a PFOS, u nichž byla citlivost výrazně zlepšena.
• Všechny analyty byly separovány během 9 minut; PFOS byl separován od potenciálních interferencí (cholové kyseliny) se zhruba dvouminutovým odstupem.
• Kalibrační model: matrix‑matched lineární kalibrace s izotopovým vnitřním standardem, residualy jednotlivých bodů v rámci ±25 %; v některých případech byly použity alternativní izotopy kvůli maticovým interferencím oproti přesným analogům.
• LOQ: experimentálně stanovené LOQ pro jednotlivé PFAS splnily kritéria SMPR (kritéria zahrnovala přesnost, opakovatelnost, ion‑ratio ±30 %, retenční čas a S/N > 3 pro kvalifikační ion; u některých analytů bylo LOQ stanoveno při S/N > 10).
• Výkonnost: průměrné zotavení (recovery) analyzovaných látek se typicky pohybovalo v rozmezí přibližně 80–115 %, opakovatelnost (RSD) byla většinou nízká a splňovala požadavky SMPR v testovaných hladinách.

Diskuse: kombinace rychlé acetonitrilové extrakce, WAX SPE a LC‑MS/MS s izotopovým přístupem poskytla robustní kvantifikaci nízkých ng/g úrovní v komplexní matici, jako je káva. Pečlivá optimalizace chromatografie byla klíčová pro eliminaci maticových interferencí a pro rozlišení izomerů.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy a potenciální aplikace v praxi:

• Metoda je validována vůči AOAC SMPR 2023.003, což ji činí vhodnou pro regulační a kontrolní laboratoře.
• Rychlá doba analýzy (9 minut) zvyšuje propustnost laboratoře pro rutinní monitoring.
• Jednoduchý a relativně rychlý postup přípravy vzorku (minimální pracovní doba na extrakci) vhodný pro vysokoprůtoková stanoviště.
• SPE‑čištění zlepšuje selektivitu a prodlužuje životnost kolony i MS systému snížením maticových složek.
• Izotopová internalizace zvyšuje přesnost kvantifikace v komplexních matricích.

Budoucí trendy a možnosti využití

Několik směrů, kde lze metodu rozvíjet nebo rozšířit:

• Adaptace postupu na jiné potravinářské matrice (mléčné výrobky, ryby, potravinové obaly) s cílem plné validace pro širší rozsah vzorků.
• Další snižování LOQ prostřednictvím větší koncentrace extraktu, zlepšené ionizace nebo použití High‑Resolution MS pro screening nízkoúrovňových forem a neznámých prekurzorů.
• Automatizace přípravy vzorku a SPE pro zvýšení reproducibility a propustnosti.
• Integrace nestrukturovaného (suspect) a non‑target screening pomocí HRMS a datových přístupů pro odhalení nových PFAS a transformovaných produktů.
• Zavedení „zelenějších“ postupů extrakce (snížení spotřeby organických rozpouštědel) a validace udržitelného laboratorního provozu.

Závěr

Single‑laboratory studie prokázala, že kombinace jednoduché acetonitrilové extrakce, WAX SPE, UHPLC separace a LCMS‑8060NX MS/MS s izotopovým ředěním poskytuje validovanou, citlivou a reprodukovatelnou metodu pro kvantifikaci 30 PFAS v kávě. Metoda splnila kritéria AOAC SMPR 2023.003 pro přesnost, opakovatelnost a LOQ a nabízí praktické výhody pro rutinní monitorování potravin a podporu regulačních požadavků.

Reference

• AOAC SMPR 2023.003