IMS and APGC Advance the Discovery of Emerging Environmental Pollutants

Význam tématu

Rostoucí množství trvalých organických polutantů a mikroplastů v životním prostředí vyvolává potřebu citlivých a selektivních analytických metod pro jejich včasnou detekci. Vysokorozlišující hmotnostní spektrometrie v kombinaci s iontovou mobilitou a inovativními ionizačními technikami otevírá nové možnosti odhalování dosud neznámých kontaminantů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie na Memorial University of Newfoundland je využít moderní přístrojové vybavení od firmy Waters k identifikaci emergentních znečišťujících látek v komplexních vzorcích životního a biologického prostředí. Výzkumný tým pod vedením Dr. Karla J. Jobsta usiluje o charakterizaci a kvantifikaci nově objevených kontaminantů, jako jsou PFAS, fluorotelomer ethoxyláty či mikroplasty, a spolupracuje s kliniky, epidemiology a regulátory na minimalizaci rizik.

Použitá metodika a instrumentace

• Vysokorozlišující hmotnostní spektrometrie v kombinaci s iontovou mobilitou pro odlišení izobarických a izomerických druhů.
• Cyclic IMS se schopností opakovaných průchodů pro zvýšení rozlišení a přesnosti měření kolizního průřezu (CCS).
• Atmospheric Pressure Gas Chromatography ionizace pro lepší ionizaci nepolárních látek.
• GC-cIMS – spojení plynné chromatografie s cyklickou iontovou mobilitou pro nelineární separaci a objev nových PFAS ve vzorcích prachu a odpadních vod.
• Softwarové nástroje pro redukci dat a výběr potenciálně nebezpečných kontaminantů pomocí kombinace hmotnosti, CCS a dalších parametrů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Objev chlorofluoro n-alkanů v prašném domácím prostředí jako dosud nepojmenované trvalé chemické látky.
• Identifikace fluorotelomer ethoxylátů v prachových vzorcích z nemocničních zařízení a průmyslových odpadních vodách, naznačující široké rozšíření a perzistenci.
• Nalezení mikroplastů (PE, PP, PS, PMMA) v jemně rozptýleném domácím prachu s koncentracemi 100–200 µg denně, přičemž částice pod 2,5 µm představují významné riziko inhalace.
• Uplatnění multipass separace vedlo k výrazně vyšší přesnosti měření CCS, což zvyšuje spolehlivost nelineárního screeningu.
• Vyvinuté strategie redukce dat umožňují zaměřit se na nejvíce relevantní signály ve vzorcích obsahujících desetitisíce sloučenin.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožnění identifikace dosud neznámých nebo obtížně ionizujících znečišťujících látek.
• Přesnější kvantifikace a sledování koncentrací v životním i biologickém prostředí.
• Podpora vývoje regulací a monitorovacích programů na úrovni průmyslu i státní správy.
• Zlepšení posouzení expozice lidí a ekosystémů a přispění k prevenci negativních zdravotních dopadů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření studií PFAS v spolupráci s kolegy provádějícími expoziční a toxikologický výzkum.
• Další optimalizace iontové mobility a výpočetních nástrojů pro rychlejší a automatizovaný screening.
• Integrace laboratorních dat a regulátorních rámců s cílem vytvořit flexibilní platformy pro hodnocení rizik.
• Monitorování nově vznikajících perzistentních chemikálií a adaptace metod pro různé matice (půda, voda, potraviny).

Závěr

Moderní kombinace vysokorozlišující hmotnostní spektrometrie, cyklické iontové mobility a pokročilých ionizačních technik představuje průlom v objevování a charakterizaci emergentních environmentálních polutantů. Identifikace široké škály nových látek podtrhuje potřebu flexibilních analytických strategií a spolupráce mezi akademií, průmyslem a regulátory.

Reference

1. MacNeil A. et al. Gas Chromatography-(Cyclic) Ion Mobility Mass Spectrometry: A Novel Platform for the Discovery of Unknown Per/Polyfluoroalkyl Substances. Analytical Chemistry 94(31):11096–11103 (2022).
2. Steeves K.L. et al. Nontargeted screening reveals fluorotelomer ethoxylates in indoor dust and industrial wastewater. Environment International 171:107634 (2023).
3. Hashehihedeshi M. et al. Size-resolved identification and quantification of micro/nano-plastics in indoor air using pyrolysis gas chromatography-ion mobility mass spectrometry. ChemRxiv (2023).
4. Breen J. et al. Unwrapping Wrap-around in Gas (or Liquid) Chromatographic Cyclic Ion Mobility–Mass Spectrometry. Analytical Chemistry 94(32):11113–11117 (2022).