CASE STUDY 3: Quantitative and Qualitative Analysis of Perfluoroalkyl Substances (PFASs) in Wildlife Samples Using the Xevo G2-XS Q-Tof

Význam tématu

Perfluoroalkylové látky (PFAS) patří mezi perzistentní organické polutanty, které se akumulují v životním prostředí i biologických matricích. Díky svým hydro- a lipofobním vlastnostem jsou široce využívány v průmyslu i spotřebitelských výrobcích. Jejich vysoká stabilita a nízké koncentrace (sub-ppb) vyžadují citlivé analytické postupy pro monitoring v životním prostředí a ve studii expozice volně žijících živočichů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem této případové studie bylo demonstrovat kvantitativní a kvalitativní analýzu rozsahu PFAS v jatečních vzorcích (mývalí játra) s využitím vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS) na instrumentaci Xevo G2-XS Q-Tof a vyhodnocovacího prostředí UNIFI Scientific Information System. Studie se zaměřuje na:

• Ukázku citlivé detekce sub-ppb hladin 11 derivátů PFAS (karboxylových i sulfonových kyselin).
• Simultánní získání kvalitativních i kvantitativních dat v režimu MS^E (data independent acquisition).
• Praktickou aplikaci softwarových workflow, filtrů a pohledů pro rychlé a reprodukovatelné zpracování dat.

Použitá metodika

Vzorky mývalích jater (Mink liver) byly extrahovány dle literárně popsané metody a před analýzou naředěny metanolem (1:10). Chromatografická separace probíhala na UPLC BEH C18 kolonce (2,1×50 mm, 1,7 μm) při 55 °C se gradientem vody/MeOH (2 mM acetátamonného, 90:10 → 0:100) při průtoku 0,65 mL/min. Režim MS^E umožnil sběr nízko- i vysokoenergetických spekter (50–1200 m/z) se skenovacím časem 0,2 s a kolizní energií 6 V (low) a 35–75 V (high). Náhradou Teflonového tubing za PEEK a vložením izolační kolony byly minimalizovány artefakty PFAS kontaminace.

Použitá instrumentace

• ACQUITY UPLC I-Class systém
• ACQUITY UPLC BEH C18 kolona, 2,1×50 mm, 1,7 μm
• Xevo G2-XS Q-Tof™ hmotnostní spektrometr
• PFC Analysis Kit (izolační kolona, PEEK tubing a interní standardy)
• UNIFI® Scientific Information System

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza standardních roztoků potvrdila LOD v rozmezí 0,01–0,25 ng/mL a LOQ 0,05–0,5 ng/mL pro všech 11 PFAS, s lineární dynamikou 0,05–25 ng/mL (R² ≥ 0,993). Plná spektrální akvizice odhalila komplexní fragmentační cesty, umožnila přesné určení produkt-iontů a chromatografickou separaci šířky ~6 s. V extraktech jater byly nalezeny PFHpS, PFHxS, PFBS, PFOS, PFDS a PFNA v koncentracích 0,2–0,8 ng/mL. Ko-eluce PFOS s žlučovou kyselinou TDCA byla rozlišená díky rozdílu přesné hmotnosti 0,6 Da, což demonstruje výhodu vysokého rozlišení oproti tandemovým kvadrupólům.

Přínosy a praktické využití metody

Výsledný postup nabízí:

• Rychlé nasazení pro environmentální monitoring a toxikologii volně žijících zvířat.
• Simultánní cílenou i necílenou analýzu s historií datových přehledů (data review).
• Flexibilní aktualizaci cílových knihoven pro nové či vzácné PFAS.
• Reprodukovatelné reportování a workflow ve vědeckém informačním systému.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření vysokorozlišovací HRMS detekce na další perzistentní polutanty a jejich metabolity v biologických matricích. Integrace strojového učení do analýzy full-spectra by mohla zrychlit ne-cílené screeningy. Dále se rozvíjí využití ion mobility spektrometrie (HDMS) pro lepší rozlišení izomerů PFAS a jejich konjugátů v komplexních vzorcích.

Závěr

Studie demonstruje, že Xevo G2-XS Q-Tof ve spojení s UPLC a UNIFI umožňuje citlivou, komplexní a reprodukovatelnou analýzu PFAS v biologických vzorcích. Full-spectra akvizice a modulární workflow významně zjednodušují detekci cílených i neznámých sloučenin a podporují historickou analýzu nových látek bez potřeby znovu zpracovávat data.

Reference

1. Buck R. C. et al. Integrated Environmental Assessment and Management, 2011, 7:513–541.
2. Benskin J. P. et al. Analytical Chemistry, 2007, 79:6455–6464.
3. Waters White Paper no. 720004036en, 2011.
4. Kärrman A. et al. Environmental Pollution Research, 2010, 3:750–758.
5. Waters Application Note no. 720002813en, 2008.
6. Cleland G. et al. Waters Application Note no. 720005436en, 2015.
7. Waters White Paper no. 720004597en, 2013.