Analysis of Wastewater Effluent Samples to Identify Toxic Chemicals Using the High-Resolution Agilent 7250 GC/Q-TOF

Význam tématu

Analýza odpadních vod na přítomnost toxických chemikálií je zásadní pro ochranu vodních ekosystémů a veřejného zdraví. Tradiční cílené metody často nedokážou pokrýt široké spektrum neznámých či málo popsaných kontaminantů, proto je kombinace suspect screening a nontargeted přístupů klíčová pro odhalení potenciálních zdrojů toxicity.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo aplikovat komplexní workflow na bázi vysokorozlišené GC/Q-TOF (Agilent 7250) pro identifikaci pesticidů a dalších environmentálních kontaminantů v odpadních vodách. Studie zahrnovala:

• suspect screening založený na přesné hmotnosti a knihovně PCDL
• negativní a pozitivní chemickou ionizaci (NCI/PCI)
• nontargeted analýzu s dekonvolucí a vyhodnocením dat v MPP

Použitá instrumentace

• Agilent 8890 GC s midcolumn backflush konfigurací
• Agilent 7250 GC/Q-TOF v režimech EI, NCI a PCI
• MassHunter Quantitative Analysis 10.1 pro suspect screening
• MassHunter Qualitative Analysis pro fragmentní formální anotaci
• Mass Profiler Professional (MPP) pro multivariační analýzu
• Hydrofobní RP kartridže a GF/F filtry pro přípravu vzorků

Použitá metodika

Vzorky odpadních vod byly odebírány ve čtyřech dnech, filtrovány (0,45 µm), extrahovány přes RP-SPE kartridže a koncentrovány extrakcí v hexan/acetonu a ethylacetátu/methanolu. Analýza proběhla s retenčním časem zajištěným zámkem (RTL), rychlost akvizice 5 Hz a rozsahy m/z 50–650.

Hlavní výsledky a diskuse

• EI suspect screening: v každém vzorku identifikováno přes 90 sloučenin (pesticidy, retardanty, biocidy) s chybou < 5 ppm a skórem knihovny > 75.
• NCI suspect screening: průměrně 40 halogenovaných a elektron přijímajících kontaminantů, např. pyrethroidy a fipronilové deriváty.
• Velká část detekovaných pesticidů se vyskytla i ve vzorcích bez toxicity, což naznačuje, že nejsou hlavní příčinou akutní toxicity.
• Nontargeted analýza: PCA jasně oddělila skupiny vzorků dle toxicity; volcano plot a korelační analýza identifikovaly klíčové kandidáty (2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethanon a 5-methyl-1H-indol-2-karboxylová kyselina ethylester), jejichž identifikace byla potvrzena fragmentní formální anotací a PCI režimem.

Přínosy a praktické využití metody

Workflow umožňuje komplexní profilaci širokého spektra neznámých a známých kontaminantů, zkracuje dobu analýzy díky automatizovaným screeningovým postupům a zvyšuje důvěryhodnost identifikací díky přesné hmotnostní analýze a doplňkovým ionizačním režimům.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování PCDL o nové látky a degradanty
• Integrace LC-HRMS pro polární a termolabilní analyty
• Využití strojového učení pro rychlejší filtraci kandidátů
• Reálné časové monitorování kvality odpadních vod
• Propojování toxikologických testů s HRMS daty pro predikci účinků

Závěr

Kombinace suspect screening a nontargeted přístupu na Agilent 7250 GC/Q-TOF poskytla široké spektrum informací o přítomnosti pesticidů a dalších kontaminantů v odpadních vodách. Workflow prokázalo svou schopnost odhalit potenciálně toxické látky i neznámé kandidáty, čímž přispívá ke zlepšení environmentálního monitoringu.

Reference

1. SANTE/11945/2015 Guidance document on analytical quality control and method validation procedures for pesticide residues analysis in food and feed (2015).
2. FDA Office of Foods and Veterinary Medicine. Acceptance Criteria for Confirmation of Identity of Chemical Residues using Exact Mass Data (2015).
3. Kim S. et al. PubChem 2019 Update: Improved Access to Chemical Data. Nucleic Acids Res. 2019, 47(D1): D1102–D1109.