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

Význam tématu

Per- a polyfluorované látky (PFAS) jsou perzistentní antropogenní chemikálie s širokým využitím i potenciálním negativním dopadem na zdraví. Jejich přítomnost v potravinách může vznikat z kontaminované půdy, výrobních procesů nebo obalů. Stanovení PFAS v potravinách na nízkých koncentracích je kritické pro monitorování expozice, plnění regulačních požadavků a pro ochranu veřejného zdraví. Validované, citlivé a reprodukovatelné analytické postupy pro různé matice (zde: kořenová zelenina) jsou proto nezbytné pro rozhodování v oblasti bezpečnosti potravin.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo jedno-laboratorní ověření a validace metody pro současné stanovení 30 PFAS v produktech (konkrétně v mrkvi) tak, aby metoda splňovala požadavky AOAC SMPR 2023.003. Studie hodnotila extrakční protokol založený na QuEChERS, následnou čistící SPE-WAX a analýzu pomocí UHPLC-MS/MS (Shimadzu Nexera + LCMS-8060NX). Hlavními metrikami byly přesnost (recovery), opakovatelnost (RSD) a experimentálně stanovené LOQ dle kritérií SMPR, za použití izotopově značených interních standardů a matrix-matched kalibrace.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika – shrnutí kroků:

• Příprava vzorku: dlabání části hlízy mrkve, mletí v přítomnosti suchého ledu a zmrazení přes noc.
• Odběr testovacího množství: 10 g porcí, nasycení (spikování) 30 neoštípaných PFAS ve čtyřech koncentracích (v trojících) a přidání 16 izotopově značených interních standardů.
• Extrahování: přidání 10 mL acetonitrilu, vortex 1 min, přidání QuEChERS balíčku, protřepání a centrifugace.
• Čištění: 5× ředění extraktu PFAS-free vodou, následná SPE pomocí WAX cartridgí, eluování bázným methanolem.
• Koncentrace: vysušení eluátu a rekonstrukce do 0,4 mL meziproužku methanol–voda pro zvýšení citlivosti.
• Chromatografie a detekce: injekce na UHPLC (Nexera), separace všech analyzovaných látek během 9 minut; MS/MS na LCMS-8060NX v režimu ESI (negativní ionizace), MRM přechody optimalizované pro každý analyte.

Použitá instrumentace:

• UHPLC: Shimadzu Nexera (rychlé separace do 9 minut, optimalizované kolony a gradienty; zkoušeno 6 kombinací kolona/gradient a ~1984 nastavení instrumentu).
• Hmotnostní spektrometr: Shimadzu LCMS-8060NX triple quadrupole s heated ESI v negativním režimu (ion focus design umožňuje vyšší průtoky plynu a vyšší efektivní teploty pro lepší signál).
• Čisticí postupy: QuEChERS pro hrubou extrakci a WAX SPE pro selektivní záchyt aniontových PFAS.
• Kalibrace a kvantifikace: izotopově značené interní standardy (převážně přesné analogie 13C), matrix-matched kalibrační křivky (0.001–10 ng/g) a izotopová diluce.

Hlavní výsledky a diskuse

Výkon metody:

• Separační výkon: Kompletní separace všech 30 PFAS dosažena během 9 minut; zvláštní optimalizace zajišťovala baseline rozlišení lineárních a rozvětvených izomerů (např. PFOS) a separaci PFOS od potenciálních interferencí (cholinových/acylových kyselin) s ~2 minutami mezery.
• Citlivost a LOQ: Experimentálně stanovené LOQ splnily kritéria SMPR pro všechny analyty. Většina sloučenin měla LOQ na úrovni 0.0055 ng/g (ppb) nebo 0.055 ng/g pro některé kratší/krystalické sloučeniny; zvýšená citlivost byla patrná zejména pro PFOA, PFHxS, PFNA a PFOS.
• Přesnost a opakovatelnost: Recovery obvykle v rozmezí ~80–120 %; většina RSD hodnot byla nízká (často pod 10 %), i při nejnižších spike hladinách. Kalibrační křivky (izotopová diluce matrix-matched) vykazovaly odchylky bodů ±25 % nebo lepší a přesnosti řádově 90–110 % pro hlavní sledované látky.
• MRM a interní standardy: Pro většinu analyzátů byly použity přesné 13C označené analogy; v několika případech byly vybrány alternativní izotopy kvůli interferencím. MRM přechody a přiřazené interní standardy byly optimalizovány pro nejlepší S/N a stabilitu ionového poměru (qualifier/quantifier).

Diskuse:

• Metoda kombinuje rychlý extrakční workflow (QuEChERS) s selektivním WAX očistným krokem, což umožňuje dobré potlačení matrix efektů i při nízkých ng/g úrovních.
• Rozsáhlá optimalizace chromatografických a MS parametrů (tisíce kombinací) byla klíčová pro dosažení baseline rozlišení kritických párů látek a ke zlepšení citlivosti čtyř prioritních PFAS.
• Matrix-matched kalibrace a izotopová diluce minimalizují vliv matice a poskytují robustní kvantifikaci i na hranici detekce.

Přínosy a praktické využití metody

• Regulační monitoring: Metoda splňuje požadavky AOAC SMPR 2023.003 a je vhodná pro rutinní sledování PFAS v ovoci a zelenině pro účely souladu s regulačními limity.
• Vysoká průchodnost: Krátký analytický běh (9 minut) a jednoduchá extrakce umožňují vyšší vzorkovací kapacitu v rutinních laboratořích.
• Citlivost: LOQ v řádu nízkých ng/g poskytuje dostatečný prostor pro detekci stopových úrovní relevantních pro zásahy veřejného zdraví.
• Flexibilita: Postup použitelný jako platforma pro jiné pevné matrice po drobném přizpůsobení extrakce a kalibrace.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metodiky na širší spektrum potravinových matric a složitější vzorky (maso, mléčné výrobky, zpracované potraviny) s optimalizovanou extrakcí a čistícím krokem.
• Automatizace přípravy vzorků (robotické QuEChERS, online SPE) pro zvýšení reproducibility a průchodnosti.
• Využití HRMS pro non-target screening PFAS a identifikaci nových nebo transformovaných forem, které nejsou v cílové 30-složkové sadě.
• Další standardizace a mezilaboratorní studie pro posílení reproducibility mezi laboratořemi a uznání metody v regulaci.
• Sledování izomerických poměrů a diferenciace lineárních vs. rozvětvených izomerů jako možný zdroj informací o původu kontaminace.

Závěr

Jednolaboratorní validace prokázala, že kombinace QuEChERS extrakce, WAX SPE a analýzy UHPLC-MS/MS na přístrojích Shimadzu Nexera a LCMS-8060NX poskytuje robustní, citlivé a rychlé stanoveni 30 PFAS v mrkvi. Metoda splňuje kritéria AOAC SMPR 2023.003 v oblasti recovery, opakovatelnosti i LOQ, a je vhodná pro rutinní monitorování stopových PFAS v zemědělských produktech. Pečlivá optimalizace chromatografie a MRM nastavení byla rozhodující pro rozlišení izomerů a minimalizaci interferencí.

Reference

1. AOAC SMPR 2023.003