The Application of Cyclic Ion Mobility to Non- targeted Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl substances (PFAS) in Environmental Samples

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylované látky (PFAS) představují persistentní environmentální kontaminanty s vynikající stabilitou díky silným vazbám uhlík–fluor. Jejich široké použití a odolnost vůči degradaci vedly k problému „věčných chemikálií“, které ohrožují vodní ekosystémy i lidské zdraví.

Cíle a přehled studie

Cílem studie je demonstrovat využití LC-HRMS spojeného s iontovou mobilitou (IMS) pro netargetovanou analýzu PFAS ve vodních vzorcích. Kombinace rychlé chromatografie, vysokého rozlišení a IMS zvyšuje počet detekovaných signálů a umožňuje objev nových či neočekávaných PFAS ve složitých matricích.

Použitá instrumentace

• ACQUITY UPLC I-Class PLUS systém s PFAS kitem
• SELECT SERIES Cyclic IMS hmotnostní spektrometr
• MassLynx software pro akvizici dat
• UNIFI aplikace v rámci waters_connect pro zpracování dat

Použitá metodika

Vzorky povrchových a odpadních vod připravené dle EPA metody 1633 byly analyzovány pomocí Atlantis Premier BEH C18 AX kolony za gradientní eluce. Iontová mobilita (single pass) byla optimalizována pro PFAS ve spojení s HDMSE akvizicí, která zaznamenává přesnou hmotnost, fragmentační spektra a drift time. Datové zpracování zahrnovalo screening proti rozsáhlé PFAS knihovně, teorií generované vzorky a filtraci signálů podle m/z versus drift time pro selekci polyfluorovaných iontů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Identifikace známých PFAS (PFSAs, PFCAs, FTS) na základě přesné hmotnosti, retenčního času, diagnostických fragmentů a kolizního průřezu (CCS).
• Vylepšené čištění spekter díky synchronizaci drift time fragmentů s precursor ionty zlepšilo strukturální eluci a zvýšilo jistotu identifikace.
• Netargetovaný screening odhalil nové PFAS jako N-methyl perfluorobutansulfonamidooctanovou kyselinu (MeFBSAA) a homologické řady (MeFPrSAA, MeFPeSAA, MeFHxSAA), potvrzené diagnostickými neutral losses a lineárním vztahem CCS vůči m/z.
• Filtrace podle drift time a m/z redukovala počet kandidátů z tisíců na stovky a usnadnila cílenou kontrolu signálů.

Přínosy a praktické využití metody

• Dodatečná IMS dimenze zvyšuje kapacitu separace a jistotu identifikace.
• Automatizovaný workflow v UNIFI umožňuje rychlou detekci a charakterizaci známých i neznámých PFAS.
• Možnost screenovat stovky až tisíce potenciálních PFAS ve složitých vzorcích v jedné injekci.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj knihoven kolizních průřezů a strukturálních vzorů PFAS, rozšíření aplikace strojového učení pro priorizaci kandidátů a integrace s dalšími technikami (např. GC-IMS-MS) umožní ještě efektivnější odhalování stopových fluorovaných kontaminantů.

Závěr

Kombinace LC-IMS-HRMS se screeningovými nástroji nabízí silný přístup pro netargetovanou analýzu PFAS. Přidaná hodnota IMS dimenze ve formě CCS zvyšuje spolehlivost identifikací a podporuje objev nových per- a polyfluorovaných látek v environmentálních vzorcích.

Reference

1. Schymanski E. et al. Per- and Polyfluoroalkyl substances (PFAS) in PubChem: 7 Million and Growing. Environ. Sci. Technol. 2023,57(44):16918–16928.
2. US EPA. CompTox Chemicals Dashboard, PFAS Structures in DSSTox (srpen 2022).
3. US EPA. Analysis of PFAS in Aqueous, Solid, Biosolids, and Tissue Samples by LC-MS/MS. leden 2024.
4. ASTM D8421–22. Standard Test Method for Determination of PFAS in Aqueous Matrices by LC/MS/MS. ASTM International, 2022.
5. Liu Y. et al. HRMS methods for non-target discovery and characterization of PFAS. Trends Anal Chem 2019,115420.
6. McCullagh M. et al. Determination and Characterization of PFAS by UPLC IMS MS. Waters App Note 2014.
7. Dodds J.N. et al. Rapid Characterization of PFAS by IMS-MS. Anal Chem 2020,92(6):4427–4435.
8. Organtini K.L. et al. Analysis of PFAS podle EPA 1633 Part 2. Waters App Note 2023.
9. Twohig M. et al. Non-Targeted Analyses of PFAS in Environmental Samples. Waters App Note 2021.
10. Charbonnet J.A. et al. Confidence of PFAS Identification via HRMS. Environ Sci Technol Lett 2022,9:473–481.