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

Význam tématu

Per- a polyfluorované látky (PFAS) představují širokou skupinu perzistentních antropogenních sloučenin s potenciálními závažnými zdravotními dopady. Kvůli jejich rozšířené přítomnosti v životním prostředí a možnému průniku do potravinového řetězce je nutná robustní analytika s dostatečnou selektivitou a citlivostí pro kvantifikaci nízkých ng/g koncentrací v potravinových matricích. Metody splňující požadavky regulačních standardů (např. AOAC SMPR 2023.003) jsou zásadní pro monitorování a kontrolu expozice veřejnosti.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo vyvinout a ověřit jednorázovou laboratorní metodu pro stanovení 30 cílových PFAS v rybí tkáni (tuňák) pomocí rychlé extrakce QuEChERS následované separací UHPLC a detekcí triple kvadrupolovým LC-MS/MS (isotopové ředění). Studie hodnotila přesnost, opakovatelnost a limit kvantifikace (LOQ) vůči kritériím AOAC SMPR 2023.003 při třístupňovém párovém spike testu (0.1, 1.0, 5.0 ng/g) a několika kalibračních bodech od 0.05 do 5 ng/g.

Použitá metodika a instrumentace

Metoda - přehled kroků:

• Příprava vzorku: jedlá část filetu tuňáka nasekaná, rozdrcená na suchý led a skladována v mrazáku; 10 g testovacího množství.
• Spike a vnitřní standardy: 30 nativních PFAS a 16 isotopicky značených standardů (převážně 13C-analogy); matričně matované kalibrace.
• Extrahování: přidání 10 mL acetonitrilu, protřepání, přidání QuEChERS balíčku, odstředění (5 min, 4000 rpm).
• Čištění: ředění acetonitrilové vrstvy 1:5 PFAS-free vodou, průchod skrz WAX (weak anion exchange) SPE, eluace v zásaditém methanolu a následná acidifikace 0.5 mL alikvóty formiovou kyselinou před injekcí.
• Chromatografie: Shimadzu Nexera UHPLC, rozdělení všech analytů za 9 minut; optimalizace pro oddělení PFOA od cholových kyselin a baseline rozlišení lineárních/rozvětvených isomerů.
• Detekce: Shimadzu LCMS-8060NX triple kvadrupol s heated ESI v negativním módu; MRM přechody optimalizovány pro všechny analyty, spárování s odpovídajícími izotopickými interními standardy.

Použitá instrumentace (vyčísleně):

• UHPLC: Shimadzu Nexera série
• MS: Shimadzu LCMS-8060NX Triple Quadrupole, heated electrospray ionization (negativní režim)
• SPE: WAX kartridže pro aniontové PFAS
• QuEChERS extrakční sady a standardní laboratorní odstředivka

Optimalizace: testováno 1984 kombinací nastavení přístroje a 6 kombinací kolony/gradientu pro dosažení optimálního tvaru píku, rozlišení a S/N, zejména pro PFOA, PFHxS, PFNA a PFOS.

Hlavní výsledky a diskuse

Rozsah analytů: 30 PFAS zahrnujících perfluorované karboxylové kyseliny (C4–C15), sulfonáty (PFBS–PFTrDS), PFAS prekurzory a fluorované sulfonamidy/FTS a novější vrstvy jako HFPO-DA a DONA.

Citlivost a LOQ:

• Experimentálně stanovené LOQ pro všechny analyty byly 0.1 ng/g (0.1 ppb), což splňuje nebo překračuje požadavky SMPR 2023.003.
• U vybraných klíčových sloučenin (PFOA, PFHxS, PFNA, PFOS) byla citlivost výrazně zlepšena díky optimalizaci ion-fokusu a chromatografie.

Přesnost a opakovatelnost:

• Recovery pro většinu analyzovaných látek se pohybovaly v blízkosti 90–110 % napříč testovanými koncentracemi.
• Relativní standardní odchylky (RSD) opakovatelnosti byly obecně nízké (často <5 % při vyšších koncentracích; při LOQ úrovních běžně akceptovatelné), splňující kritéria SMPR.

Kalibrace a kvantifikace:

• Matričně matované kalibrační křivky s izotopovým ředěním (lineární model, nezaokrouhlený na nulu) poskytly nejlepší shodu; rezidua jednotlivých bodů byla v ±25 %.
• Většina analyzů měla použity přesné izotopické analogy jako interní standardy; v ojedinělých případech byly vybrány jiné neinterferující 13C analogy kvůli matricovým interferencím.

Chromatografické rozlišení:

• Celková doba separace 9 minut umožnila dostatečné rozlišení všech analyzovaných PFAS.
• Bylo dosaženo baseline rozlišení mezi lineárními a rozvětvenými isomery PFOS a oddělení PFOS od potenciálně rušivých cholových kyselin o ~2 minuty.

Přínosy a praktické využití metody

Klíčové přínosy:

• Metoda je validována vůči AOAC SMPR 2023.003, tedy vhodná pro regulační a kontrolní laboratoře.
• QuEChERS protokol umožňuje rychlou, jednoduchou a škálovatelnou extrakci z rybí tkáně s nízkými nároky na čas a vybavení.
• Nízké LOQ (0.1 ng/g) a vysoká selektivita MRM zajišťují spolehlivou detekci i při nízkých expozičních hladinách.
• Matričně matované kalibrace a izotopové interní standardy snižují vliv matricových efektů a zvyšují přesnost kvantifikace.

Praktické využití:

• Monitorování PFAS v potravinách (ryby) pro veřejné zdraví a regulační účely.
• Široké nasazení v akreditovaných laboratořích pro kontrolu dodavatelských řetězců a výzkum ekologické expozice.

Budoucí trendy a možnosti využití

Směřování metodiky a oblasti dalšího rozvoje:

• Rozšíření sledovaného spektra: inkluze nově vznikajících PFAS a metabolitů vyžaduje průběžné aktualizace analyzovaných látek a standardů.
• Vyšší rozlišení a suspect screening: použití HRMS (Q-TOF, Orbitrap) pro nedeklarované PFAS a elucidaci neznámých prekurzorů.
• Automatizace a miniaturizace: zrychlení přípravy vzorků, snížení spotřeby rozpouštědel a zvýšení throughputu.
• Standardizace mezi laboratořemi: mezilaboratorní studie a kolektivní validace pro upevnění mezilaboratorní porovnatelnosti.
• Zelená analytika: optimalizace spotřeby organických rozpouštědel a přechod na udržitelnější čisticí a extrakční procedury.

Závěr

Popisovaná metoda kombinuje rychlou QuEChERS extrakci, WAX SPE čistění a optimalizovanou UHPLC–LCMS-8060NX detekci pro kvantitativní analýzu 30 PFAS v tuňákové matrici. Metoda dosahuje LOQ 0.1 ng/g, vynikajících recoveries a opakovatelnosti a splňuje požadavky AOAC SMPR 2023.003, což ji činí vhodnou pro regulační monitorování a kvalitativně-kvantitativní sledování PFAS v potravinách.

Reference

• AOAC SMPR 2023.003