Analysis of PFAS and Other Environmental Contaminants in Soil and Oat Plants Using High-Resolution GC/Q-TOF

Význam tématu

Per- a polyfluoroalkylové látky (PFAS) jsou vysoce perzistentní kontaminanty, které se hromadí v půdě i rostlinných matrixech a představují riziko kontaminace podzemní vody a potravinového řetězce. Komplexní analýza PFAS a dalších perzistentních organických kontaminantů (PCBs, PBDEs, pesticidy, PAHs, zpomalovače hoření) vyžaduje vysoce citlivé a selektivní metody s širokým pokrytím látek.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo porovnat různé přístupy k extrakci a analýze PFAS v půdních a rostlinných (oves) vzorcích z kalifornských polí s historií aplikace biosolíd. Srovnávány byly DCM extrakce a HS-SPME v kombinaci s vysokorozlišovacím GC/Q-TOF a pracovním postupem cíleného i necíleného screeningu.

Použitá instrumentace

• Agilent 7250 GC/Q-TOF se zdrojem EI 70 eV
• GC 8890 s kolony DB-624 (midpolar) a DB-5ms (nonpolar)
• Agilent PAL 3 CTC autosampler pro HS-SPME
• MassHunter Quantitative Analysis a Unknowns Analysis (verze 12.1)

Použitá metodika

• Odběr vzorků půdy a ovesných rostlin z polí F1, F2, organického a kompostovaného pozemku
• DCM extrakce: 2 g půdy/rostlin + 5 mL DCM, vortex, centrifugace, přenos supernatantu
• HS-SPME: 2 g půdy nebo 1 g drcených rostlin + 2–3 mL DI vody, vlákno DVB/CWR/PDMS, 50 °C, 35 min
• Chromatografie: DB-624 pro PFAS screening, DB-5ms pro necílený screening ostatních kontaminantů
• Screening: cílený s PFAS PCDL (>150 EI spekter) a Pesticide PCDL s RI, necílený s NIST23 v MassHunter

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimalizace HS-SPME: vlákno DVB/CWR/PDMS dosáhlo nejvyššího počtu detekovaných komponent
• PFAS: detekovány 6:2 FTOH, ethyl perfluorobutyl ether, N-methylperfluorooctanesulfonamid aj.
• PCBs a PBDEs: identifikováno 20 kongenerů v půdních extraktech (např. BDE-47), v rostlinách omezeně
• Pesticidy: více než 50 látek, včetně conazolových fungicidů a metabolitů, fipronil sulfidu/sulfonu
• PAHs: nejčastější fenanthren a fluoranthen v půdě i rostlinách
• Zpomalovače hoření: tributylfosfát, TPP, TCPP, TCPP detekovány v půdních i rostlinných extraktech

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoká citlivost a selektivita HS-SPME v kombinaci s GC/Q-TOF pro širokou škálu PFAS
• Možnost cíleného i necíleného screeningu bez reinjekce vzorků šetří čas a materiál
• Automatizované vyhodnocení v MassHunter zrychluje potvrzení identifikace kontaminantů

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření a aktualizace accurate mass knihoven PCDL pro nové PFAS
• Integrace LC/MS a GC/MS pro komplexní profilování polárních i nepolárních látek
• Vylepšení materiálů SPME vláken pro širší rozsah sloučenin a vyšší odolnost
• Automatizace a miniaturizace workflow pro rutinní monitoring životního prostředí

Závěr

Námi navržená kombinace HS-SPME a GC/Q-TOF se screeningem cílených a necílených metod poskytuje komplexní, citlivý a efektivní přístup k analýze PFAS a dalších perzistentních organických kontaminantů v půdách a rostlinách. Tento přístup umožňuje rychlou identifikaci a kvantifikaci širokého spektra látek s minimální potřebou reinjekce a ruční validace.

Reference

1. Brusseau M.L. et al. PFAS Concentrations in Soils: Background Levels versus Contaminated Sites. Sci. Total Environ. 2020;740:140017.
2. Lin H. et al. Fluorine Mass Balance Analysis and PFAS in the Atmosphere. J. Hazard. Mater. 2022;435:129025.
3. Spaan K. et al. Fluorine Mass Balance in Marine Mammals. Environ. Sci. Technol. 2020;54(7):4046–4058.
4. Schildroth S. et al. PFAS and Persistent Mixtures in Dust from Colleges. Environ. Res. 2021;206:112530.
5. Williams A.J. et al. Assembly of Lists of PFAS to Support Environmental Research. Front. Environ. Sci. 2022;10:850019.
6. Sunderland E.M. et al. Review of Pathways of Human Exposure to PFAS. J. Expo. Sci. Environ. Epidemiol. 2019;29(2):131–147.