Software, LC/TOF, LC/HRMS, LC/MS, LC/MS/MS
ZaměřeníŽivotní prostředí
VýrobceAgilent Technologies
Význam tématu
Moderní vodohospodářství čelí rostoucímu výskytu stopových a nově se objevujících organických kontaminantů (emerging contaminants) ve zdrojových i pitných vodách. Tyto látky, včetně léčiv, biocidů a průmyslových chemikálií, mohou ohrozit kvalitu pitné vody, veřejné zdraví a životní prostředí. Pro efektivní sledování a optimalizaci procesů čištění odpadních vod, zejména recyklace a dezinfekce ozonem, je nutné vyvinout komplexní metody pro rychlou identifikaci a kvantifikaci jak ukazatelů účinnosti, tak potenciálně vznikajících toxických vedlejších produktů.
Cíle a přehled studie / článku
Tento dokument popisuje vývoj a aplikaci nestrukturované (untargeted) metody založené na ultra vysokorychlostní kapalinové chromatografii spřažené s vysoce přesnou hmotnostní spektrometrií Q-TOF. Hlavním cílem bylo:
- Profilovat tisíce organických sloučenin v komunálním odpadním vodním proudu před a po ozonaci.
- Vyhodnotit, které kontaminanty jsou attenuovány, rezistentní nebo vznikají jako produkty ozonace.
- Vytvořit statistické modely a indikátorové látky pro rutinní monitoring.
Použitá metodika a instrumentace
Pro analýzu byly vzorky sekundárního odpadního vodního proudu získány z pilotního ozonačního reaktoru s dávkami 0–5,6 mg/L ozonu. Vzorky se zpracovaly pevnou fází (SPE), eluovaly se methanolem a MTBE, koncentrovaly na 0,5 mL a podrobily UHPLC–Q-TOF analýze.
- Kapalinová chromatografie: Agilent 1290 Infinity, kolona ZORBAX Eclipse Plus 50×2,1 mm, 1,8 µm, teplota 35 °C, mobilní fáze A (0,1 % kyselina mravenčí ve vodě) a B (0,1 % kyselina mravenčí v acetonitrilu), gradient 95–0 % A v 10 min, průtok 0,4 mL/min.
- Hmotnostní spektrometrie: Agilent 6540 UHD Accurate-Mass Q-TOF, ESI pozitivní mód, rozsah m/z 25–3200, rozlišení ~20 000 při m/z 400, přesnost < 2 ppm.
- Softwarová analýza: Agilent MassHunter (Molecular Feature Extractor) pro detekci molekulárních entit, Agilent Mass Profiler Professional (MPP) pro zarovnání, statistické třídění (PCA, HCA, ANOVA) a identifikaci pomocí METLIN PCDL.
Hlavní výsledky a diskuse
Analýza odhalila téměř 25 000 molekulárních rysů, z čehož po filtračních krocích do finálního datasetu vstoupilo ~9 500 sloučenin:
- PCA ukázala jasné rozlišení vzorků podle dávky ozonu a vysokou opakovatelnost tří replik.
- Hierarchické shlukování (HCA) definovalo skupiny kontaminantů: některé zcela odstraněné ozonem (skupiny A, B), některé vznikající během ozonace (C, D, E) a skupinu rezistentních látek (F).
- Podrobné HCA odhalilo podskupiny v rámci B s různou citlivostí na dávku ozonu (B1–B3).
- ANOVA s Tukeyho testem prokázala, že většina zatříděných sloučenin (8 244 z 9 493) vykazuje statisticky významné změny v závislosti na dávce ozonu.
- Pomocí ID Browseru v MPP a databáze METLIN byla identifikována indikátorová sloučenina warfarin pro podskupinu B3, doprovázená dalšími ~950 korelovanými rysy.
Přínosy a praktické využití metody
Metoda umožňuje:
- Komplexní screening tisíců organických látek bez předchozí selekce cílových analytů.
- Rychlé vyhodnocení účinnosti ozonace a identifikaci skupin kontaminantů s podobným chováním.
- Definování indikátorových sloučenin pro zjednodušený rutinní monitoring ozonačních procesů.
- Archivaci HRMS dat pro následnou opětovnou analýzu bez nutnosti uchovávání vzorků.
Budoucí trendy a možnosti využití
Očekává se rozšíření přístupu nestrukturované analýzy na další technologické procesy (UV, AOP), kombinaci s iontovým mobilitním spektrem pro lepší separaci izomerů a využití strojového učení pro automatickou klasifikaci chování sloučenin. Integrace dat do digitálních vodních sítí přispěje k inteligentnímu řízení úpraven vody.
Závěr
Použití UHPLC–Q-TOF a statistického softwaru MPP představuje robustní nástroj pro screening nových i běžných organických kontaminantů ve vodách. Výsledky potvrzují schopnost metody odlišit skupiny látek podle odezvy na ozonaci a identifikovat praktické indikátory pro monitoring kvality vody.
Reference
- Kolpin D.W. et al. Pharmaceuticals, hormones, and other organic waste contaminants in U.S. streams, 1999–2000: a national reconnaissance. Environ. Sci. Technol. 36, 1202–1211 (2002).
- Benotti M. et al. Pharmaceuticals and endocrine disrupting compounds in U.S. drinking waters. Environ. Sci. Technol. 43, 597–603 (2009).
- Arnold R.G. et al. Direct potable reuse of reclaimed wastewater: it is time for a rational discussion. Rev. Environ. Health 27, 197–206 (2012).
- National Research Council. Water Reuse: Potential for Expanding the Nation's Water Supply Through Reuse of Municipal Wastewater. The National Academies Press, Washington, DC (2012).
- Ikehata K., Gamal El-Din M., Snyder S.A. Ozonation and advanced oxidation treatment of emerging organic pollutants in water and wastewater. Ozone-Science & Engineering 30, 21–26 (2008).
Obsah byl automaticky vytvořen z originálního PDF dokumentu pomocí AI a může obsahovat nepřesnosti.