Quantitation of cyanotoxins in drinking water according to EPA 544 guidelines

Význam tématu

Harmful algal blooms, neboli zakvétání sinic, představují celosvětový problém ohrožující kvalitu pitné vody, lidské zdraví a ekosystémy. Cyanotoxiny, zejména mikrocytiny a nodularin, jsou sledovány v rámci programu UCMR 4 podle metodiky EPA 544, která nemá stanovené health‐based standardy v bezpečnostních předpisech pitné vody.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo předvést citlivou, přesnou a reprodukovatelnou kvantifikaci hlavních cyanotoxinů v pitné vodě pomocí LC-ESI-MS/MS na platformě Thermo Scientific TSQ Quantis podle požadavků EPA 544.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky vody o objemu 500 mL byly nejprve filtrovány; zachycené buňky sinic byly extrahovány v methanolu s 20 % vody při –20 °C. Po opětovném spojení extrac­tu se 500 mL filtrátu následovalo očistění pomocí SPE cartridgí; analyty byly eluovány methanolem s 10 % vody a koncentrovány dusíkem. Konečný objem vzorku činil 1 mL.
Chromatografie proběhla na systému Vanquish Flex HPLC s kolonkou Accucore C18 (2,6 µm, 2,6×100 mm) při 30 °C. Mobilní fáze A: 20 mM ammonium formiát ve vodě, B: methanol; injektováno 5 µL.
MS detekce na TSQ Quantis se zahřátou ESI hlavou využívala MRM přechody pro mikrocytiny LA, LF, LR, LY, RR, YR a nodularin-R, plus izotopový surrogát C2D5-MC-LR. Ion source parametry: spray voltage 3500 V, sheath gas 45 Arb, aux gas 10 Arb, ion transfer tube 325 °C, vaporizer 275 °C.

Hlavní výsledky a diskuse

Linearity: v rozsahu od MRL až do 20× vyšší koncentrace byla pozorována vynikající lineární odezva.
Nízký systémový šum a nízké pozadí: všechny blanky vykázaly <1/3 MRL kontaminace.
Přesnost a přesnost (IDC): při 3× MRL dosáhly %RSD <30 % a průměrné recovery 111–126 %.
Potvrzení MRL: sedmíměření ukázalo Prediction Interval of Results mezi 50–150 % požadovaných limitů.
Matrix spike (pitná voda Monrovia, CA): recovery 108–127 % a %RSD <6 %, což potvrzuje vhodnost metody pro reálné vzorky.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoce selektivní a citlivá detekce cyanotoxinů s nízkými MRL umožňuje rutinní monitorování pitné vody.
• Nízké požadavky na objem vzorku a krátké doby analýzy zvyšují laboratorní průtok.
• Metoda splňuje regulační požadavky EPA 544 a lze ji aplikovat v QA/QC laboratořích.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření metody o další skupiny toxických peptidů a metabolitů sinic.
• Integrace vysokorozlišovací MS pro eskalaci specificity a neznámé screeningové analýzy.
• Automatizace preparativních kroků a online SPE pro zvýšení throughput.
• Vývoj přenosných, polních přístrojů pro rychlou detekci cyanotoxinů.
• Využití strojového učení pro analýzu komplexních dat a predikci výskytu zakvétání.

Závěr

Platforma TSQ Quantis prokázala citlivou, přesnou a reprodukovatelnou kvantifikaci mikrocytinů a nodularinu v souladu s EPA 544. Metoda je vhodná pro rutinní sledování kvality pitné vody.

Reference

• Shoemaker J., Tettenhorst D., Delacruz A. Method 544. Determination of Microcystins and Nodularin in Drinking Water by Solid Phase Extraction and LC‐MS/MS, EPA, 2015.
• H.R. 16760 – Safe Drinking Water Act, 93rd Congress, 1974.