Qualitative and Quantitative Analysis of Contaminants of Emerging Concern in Biosolids Using a Dilute and Shoot UHPLC-Orbitrap MS Method

Význam tématu

Monitorování a kvantifikace kontaminantů nové generace (CECs) v biosolidech je zásadní pro hodnocení environmentálních rizik při aplikaci kalů a expozici půdních a vodních ekosystémů. Farmaceutika, osobní péče a endokrinní disruptory spolu s jejich transformačními produkty se hromadí v kalových odpadech, které mohou ovlivnit kvalitu vody, zdraví organismů a lidské populace.

Cíle a přehled studie / článku

Studie představuje vývoj a aplikaci rychlého „dilute and shoot“ postupu spojeného s UHPLC-Orbitrap MS pro kvantitativní analýzu 49 cílových CECs a nontarget screening až 381 sloučenin v biosolidech a půdách obohacených biosolidy. Experimenty probíhaly na vzorcích odebraných mezi říjnem 2013 a březnem 2014.

Použitá metodika

U vzorků biosolidů:

• Odběr do 1l tmavých lahví, skladování při 4 °C.
• Sušení (96 h), prosévání (200 µm) a homogenizace.
• Extrahováno 5 g vzorku: 2×20 ml acetonitril/voda (70:30, v/v) + 1 mM EDTA + izotopově značené surrogáty.
• Shaking (5 min), sonikace (20 min), centrifugace (8 min, 3500 rpm), cyklus opakován s acetonitril/acetone (50:50).
• Slučování extraktů na 50 ml, centrifugace, odpaření 10 ml do sucha, rekonstituce v 100 µl interního standardu, injekce 5 µl do UHPLC.

Použitá instrumentace

• UHPLC Thermo Scientific Dionex UltiMate 3000 (HRG-3400RS, WPS-3000, TCC-3400).
• Kolony: Betasil (pozitivní režim), Hypersil GOLD 2,1×100 mm (negativní režim).
• Exactive Plus Orbitrap MS s HESI II, full-scan rozlišení 140 000 (FWHM), AGC 1×10^6, inj.time 100 ms, MEW 5 ppm.
• Softwarové nástroje: TraceFinder pro kvantifikaci a nontarget screening, SIEVE s vyhledáváním v databázi ChemSpider.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda byla validována pro 49 cílových látek s MDL 6–572 ng/g, recoveries 50–141 % a RSD < 20 %. Optimalizace extrakce s acetonitrilem/voda (70:30) přinesla stabilní recoveries a zkrátila přípravu vzorků. Kvantitativní analýza ukázala vysoké úrovně bisfenolu A (do 85 700 ng/g), kofeinu, karbamazepinu, triclokarbanu a triclosanu v rozsahu vysokých ppb. Nontarget screening odhalil přítomnost sladidel, surfaktantů, musků, organofosforečných zpomalovačů hoření, kvartérních amoniových sloučenin a by-produktů léčiv.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou, vysoce přesnou simultánní detekci a kvantifikaci cílových i neočekávaných CECs bez složitého čištění. Je vhodná pro rutinní monitoring biosolidů, hodnocení fate v půdách, posouzení environmentálního rizika a QA/QC v průmyslových a výzkumných laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování knihoven nontarget databází a standardů pro širší pokrytí CECs.
• Integrace s vysoce selektivními MS/MS technikami a ion-mobilitou pro lepší identifikaci transformačních produktů.
• Miniaturizace a automatizace přípravy vzorků pro vysokou propustnost.
• Kombinace s in vitro bioasays pro toxikologické hodnocení směsí kontaminantů.

Závěr

Popsaný UHPLC-Orbitrap „dilute and shoot“ postup poskytuje robustní a efektivní nástroj pro cílenou i nekontrolovanou analýzu CECs v biosolidech. Vysoké rozlišení a přesnost měření podporují spolehlivé environmentální hodnocení. Další práce zahrnují získání chybějících analytických standardů a rozšíření metody na další biologické i environmentální matrice.

Reference

• Ternes T. A. a Joss A., Human Pharmaceuticals, Hormones and Fragrances: The Challenge of Micropollutants. In Urban Water Management, IWA, 2006, s. 443.
• Kortenkamp A., Env. Health Perspective, 2007, s. 1–42.