Large-Volume Dilute-and-Shoot Analysis of PFAS in Drinking Water Using the Altura PFAS Column

Význam tématu

Per‑ a polyfluoroalkylové látky (PFAS) představují persistentní organické kontaminanty s výraznou mobilitou v životním prostředí a potenciálním rizikem pro zdraví. Vzhledem k rostoucím regulačním limitům ve vodě je potřeba citlivých, rychlých a robustních analytických postupů pro rutinní monitorování pitné vody. Metody, které minimalizují časově náročné přípravné kroky (např. SPE) a zachovávají stopovou citlivost, zásadně zvyšují laboratorní průchodnost a schopnost plnit legislativní požadavky.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ukázat proveditelnost „large‑volume dilute‑and‑shoot“ přístupu pro vybrané starší PFAS (C4–C10) v pitné vodě: PFBS, HFPO‑DA (C6 PFECA), PFHpA, PFHxA, PFHxS, PFOA, PFOS, PFNA a PFDA. Hlavní myšlenkou bylo zvýšit citlivost metod založených na zředění a přímé injekci bez koncentrace SPE pomocí 200 µL injektovaného objemu vzorku (1:1 voda:methanol) a kvadrupolového LC/MS/MS (Agilent 6495D) v konfiguraci s Agilent 1290 Infinity II LC a speciální Altura Poroshell 120 PFAS kolonkou.

Použitá metodika

Metoda zahrnuje:

• Odběr 3 mL vzorku vody, dospiking native PFAS (1 nebo 10 ng/L ve vzorku) a 10 ng/L izotopově značených interních standardů.
• Dodatečné přísady: askorbová kyselina 10 µg/mL pro dechloraci a 10 µL kyseliny octové pro zlepšení tvaru píků.
• Zředění 1:1 metanolem (celkové 6 mL), vortex 2 min a filtrace přes RC filtr 0,2 µm.
• Injekce 200 µL do LC/MS bez předchozí koncentrace (dilute‑and‑shoot).
• Kalibrace v rozmezí 0,25–25 ng/L v injektovaném objemu (odpovídá 0,5–50 ng/L ve vodě) s lineární regresí 1/x váženou.

Použitá instrumentace

• Tekutá chromatografie: Agilent 1290 Infinity II LC (high‑speed pumpa, multisampler s prodlouženým multidraw capilarem, multicolumn termostat).
• Kolonka: Agilent Altura Poroshell 120 PFAS, 2.1 × 50 mm, 2.7 µm; delay column Poroshell 120 PFAS 4.6 × 30 mm; teplota kolony 50 °C.
• Mobilní fáze: A = 2 mM acetát amonný ve vodě, B = 2 mM acetát amonný v methanolu; průtok 0.400 mL/min; gradient 12 min (stop time 12 min, post time 2 min).
• Hmotnostní spektrometrie: Agilent 6495D triple quadrupole LC/TQ se zdrojem Jet Stream; podmínky: gas temp 200 °C, gas flow 11 L/min, nebulizer 33 psi, capillary voltage 2100 V, sheath gas temp 310 °C, sheath gas flow 12 L/min; MRM přechody importovány/optimalizovány z PFAS MRM databáze.
• Konečné spotřební materiály: 2 mL injekční injekční vialy, šroubovací uzávěry, RC filtry, rozšířený capilar, PFAS HPLC konverzní kit a PDS standardy.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lineárnost: Všechny analyty vykázaly R2 > 0,99 v kalibračním rozsahu 0,25–25 ng/L (in‑vial), což odpovídá 0,5–50 ng/L ve vzorcích. Přesnost kalibrace byla v rozsahu přibližně 95–115 % pro kalibrační hladiny.
• Citlivost (MDL): Metodní limity detekce (MDL) se pohybovaly mezi 0,37 a 1,15 ng/L (v in‑vial ekvivalentu), přičemž pro HFPO‑DA byl nejnižší MDL 0,37 ng/L a pro PFOS nejvyšší ~1.13 ng/L. MDL byly určeny z 7 replik nízkých spikeů a zohledněním hodnot v blanku.
• Obnovitelnost a přesnost: Ve validačních experimentech na sub‑ppt úrovních (0,25 ng/L in‑vial = 0,5 ng/L ve vzorku) byla přesnost 82–108 % a %RSD abundancí < 11 %. Při vyšší referenční hladině 2 ng/L byla přesnost 87–106 % a %RSD < 12 %. V maticových spikech (Delaware tap, domácí filtr – prefilter/postfilter/RO) byly %RSD obecně < 7 % a percentuální obnovy se typicky pohybovaly mezi 75–99 % v závislosti na sloučenině a úrovni spike.
• Chromatografie: Altura PFAS kolona zajistila dobře tvarované (gaussovské) píků pro krátké i dlouhé řetězce (C4–C10) i při 200 µL injekcích; retenční časy byly velmi stabilní (%RSD RT < 0.1).
• Výhody workflow: Eliminace SPE zkracuje čas přípravy a zjednodušuje operace, přičemž se dosáhlo citlivosti vhodné pro současné a navrhované MCL pro pitnou vodu. Velký injektovaný objem (200 µL) výrazně zlepšil dolní hranici detekce oproti běžným dilute‑and‑shoot metodám (10–30 µL).

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá rutinní analýza: Metoda je vhodná pro laboratoře, které potřebují vysokou průchodnost a konzistentní výsledky bez náročné přípravy vzorků.
• Regulační monitorování: Dosahované MDL a lineárnost umožňují splnit nebo překonat citlivostní požadavky pro sledování legacy PFAS v pitné vodě.
• Snížení nákladů a pracovní zátěže: Odstranění SPE šetří čas, spotřební materiál a riziko kontaminace během přípravy.

Omezení a doporučení

• Metoda je optimalizovaná pro vybrané C4‑C10 PFAS; širší spektrum PFAS (např. polárnější nebo velmi dlouhé řetězce) může vyžadovat úpravy separace nebo přípravy.
• Velké injekční objemy vyžadují pečlivé řízení zásahů do chromatografie (např. použití delay column, optimalizované mytí jehly), aby se minimalizovaly matrikové a rozpuštědlové efekty.
• I přes dobré MDL v laboratorních maticích je nutná pravidelná kontrola blanků a interních standardů kvůli možnému pozadí PFAS a kontaminaci vybavení.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na širší škálu PFAS: Integrace dalších analytů včetně novějších náhradních sloučenin (např. Nexera‑type chemikálie) a ionizovatelných oligomerů.
• Automatizace a vysokopropustné platformy: Další zrychlení workflow automatizovanými vzorkovači a integrací datových pipeline pro rutinní reportování a sledování trendech v čase.
• Metody bez SPE jako standard: Pokud se potvrdí dlouhodobá robustnost v reálných maticích, mohou large‑volume direct injection postupy sloužit jako standardní alternativy k SPE pro monitorování pitných vod.
• Hybridní přístupy: Kombinace velkoobjemové direct injection s rychlými online clean‑up moduly (např. trap‑kolony) pro zlepšení výkonu u obtížných matic.

Závěr

Popsaná large‑volume dilute‑and‑shoot metoda s injekcí 200 µL zředěného vzorku je praktický a citlivý přístup k analýze vybraných legacy PFAS v pitné vodě. Použití Agilent Altura Poroshell 120 PFAS kolony spolu s Agilent 6495D TQ-MS přineslo MDL v rozmezí 0,37–1,15 ng/L, vynikající linearitu (R2 > 0,99), dobrou přesnost a reprodukovatelnost v různých typech pitných vod bez potřeby SPE. Metoda podporuje vysokou propustnost laboratoří zaměřených na rutinní monitorování PFAS a představuje reálnou alternativu k časově náročnějším přípravným postupům.

Reference

1. United States Environmental Protection Agency. Test Method 8327: Per‑ and polyfluoroalkyl Substances (PFAS) by Liquid Chromatography/Tandem Mass Spectrometry (LC‑MS/MS). July 2021.
2. ASTM International. ASTM D8421‑22: Standard Test Method for Determination of Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Aqueous Matrices by Co‑solvation Followed by Liquid Chromatography Tandem Mass Spectrometry (LC/MS/MS). Last updated June 2024.
3. Fu R., Yao W., Wang Z., Huang I. Simultaneous C1–C18 PFAS Analysis in Drinking Water by Large‑Volume Direct Injection Using an Altura Poroshell 120 PFAS Column. Agilent Technologies application note, publication number 5994‑8895EN, 2026.
4. U.S. Environmental Protection Agency. Definition and procedure for the determination of the method detection limit (MDL), Revision 2 (EPA 821‑R‑16‑006), 2016.