Simultaneous Targeted Quantitation and Suspect Screening of Environmental Contaminants in Sewage Sludge

Význam tématu

Sledování a kvantitativní analýza jak známých, tak nově se objevujících environmentálních kontaminantů v kalu z čistíren odpadních vod má zásadní význam pro ochranu ekosystémů a veřejného zdraví. Roste počet regulovaných sloučenin a požadavky na citlivost a rychlost analýzy. Kombinace cílené kvantifikace s nestrukturovaným screeningem přináší širší pohled na přítomnost organických polutantů ve složitých matricích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyhodnotit workflow simultánní kvantifikace a suspect screeningu na systému Agilent 6546 LC/Q-TOF spojeném s Agilent 1290 Infinity II LC. Předmětem bylo stanovení 12 kontrolních surrogátů v kalu s podezřelými endokrinně aktivními vlastnostmi a následná nestrukturovaná detekce dalších 4 856 potenciálně přítomných kontaminantů.

Použitá metodika a instrumentace

• Kapalinová chromatografie: Agilent 1290 Infinity II (pumpa G7120A, multisampler G7167B, termostat G7116B) s kolonkou Poroshell EC-C18 2.1×100 mm, 1.9 µm, teplota 30 °C, gradient 0–100 % organické fáze za 20 min, průtok 0,4 mL/min.
• Hmotnostní spektrometrie: Agilent 6546 LC/Q-TOF s Agilent Jet Stream ESI, režim All Ions MS/MS, hmotnostní rozsah 50–1 050 m/z, rychlost 8 spekter/s, kolizní energie 0, 10, 20, 40 V, korekce referenčních hmotností.
• Software: MassHunter Acquisition 10.0, SureMass pro cílenou kvantifikaci a MassHunter Quantitative Analysis 10.1 (TOF) pro suspect screening, správa knihoven PCDL.

Hlavní výsledky a diskuse

• Cílená kvantifikace: LOD 0,1–5 ppb, lineární dynamický rozsah až do 1 000 ppb, koeficient determinace R2 > 0,99 pro většinu látek, injekční objem 1 µL.
• Retenční čas a izotopové vzorce: přesnost hmotnosti < 5 ppm, verifikované izotopové vzorce a koherentní retence zvyšují důvěru ve výsledky.
• Suspect screening: z 4 856 monitorovaných sloučenin bylo v pozitivním módu verifikováno 18, 159 bylo potřeba dále ověřit, 3 998 nebylo detekováno; v negativním módu 8 verifikováno, 47 k revizi, 1 267 nedetekováno.
• Predikce retenčních časů na základě korelace s analytickým modelem výrazně zúžila okno vyhledávání suspect kontaminantů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá a simultánní detekce regulovaných i nových kontaminantů z jediné injekce bez potřeby dvou samostatných metod.
• Možnost retrospektivní analýzy dat a odhalení nově objevených látek.
• Zjednodušený workflow s centralizovanou správou knihoven PCDL a automatizací analýzy v MassHunteru.
• Vysoká propustnost vhodná pro environmentální laboratoře, QA/QC i akademický výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření databází PCDL o nové třídy kontaminantů a jejich transformačních produktů.
• Integrace strojového učení a predikčních modelů retenčních časů pro zlepšení screeningové specificity.
• Přechod k non-target screeningům pro objev zcela nových, neočekávaných polutantů.
• Využití QSAR a in silico modelů toxicity pro efektivní prioritizaci detekovaných látek.

Závěr

Prezentovaný workflow na systému Agilent 6546 LC/Q-TOF v kombinaci s 1290 Infinity II LC prokázal vysokou citlivost a široký dynamický rozsah cílené kvantifikace spolu s efektivním suspect screeningem tisíců environmentálních kontaminantů. Metoda poskytuje robustní nástroj pro rychlé a komplexní sledování chemického znečištění kalů z čistíren odpadních vod.

Reference

• Black G. P., Anumol T., Young T. M. Analyzing a broader spectrum of endocrine active organic contaminants in sewage sludge with High Resolution LC-Q-TOF-MS suspect screening and QSAR toxicity prediction (in preparation).
• European Commission, Directorate General for Health and Food Safety. SANTE/11813/2017. 21–22 November 2017 rev.0.
• Agilent SureMass Technical Overview, Agilent Technologies Technical Overview, publication number 5991-8048EN, 2017.
• Rennie E. E. et al. Agilent Technologies, publication number 5991-8580EN, 2017.
• Berset J. D., Rennie E. E., Glauner T. Agilent Technologies, publication number 5991-6627EN, 2016.