Quantitation of volatile PFAS in environmental samples using SPME Arrow and Orbitrap Exploris GC

Význam tématu

Volatilní perfluoroalkylové látky (volatilní PFAS) představují významný enviromentální problém kvůli své perzistenci, biologické akumulaci a potenciálnímu negativnímu dopadu na zdraví. Proto je nutné vyvinout citelné a spolehlivé analytické metody, které umožní přesné stanovení těchto sloučenin i při extrémně nízkých koncentracích v komplexních vzorcích, jako jsou povrchové vody, odpadní vody nebo vzduch.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo prokázat robustní a kvantitativní analytický postup pro simultánní stanovení volatilních PFAS, zejména fluorotelomeralkoholů (FTOH), fluorotelomerových akrylátů, methakrylátů a sulfonamidů, v různých environmentálních matricích. Metoda využívá online extrakce pomocí HS-SPME Arrow a vysokorozlišenou (HRAM) spektrometrii Orbitrap Exploris GC.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky (10 mL) byly připraveny do 20 mL vialů s přidáním interních standardů a methanolu.
• Automatizovaná extrakce proběhla na přístroji Thermo Scientific TriPlus RSH SMART s SPME Arrow (1,1 mm PDMS 100 µm): inkubace 70 °C/5 min, extrakce 8 min při míchání 1200 rpm a desorpce v injektoru.
• Chromatografické rozdělení zajišťovala TRACE 1610 GC s kolónou TG-5SilMS (30 m × 0,25 mm × 0,25 µm) a programem teploty od 40 °C do 280 °C.
• Detekce probíhala na Orbitrap Exploris GC (EI) v režimu full scan (50–750 m/z) s rozlišením 30 000 (při m/z 200) a interní kalibrací lock masses.
• Software pro sběr dat a kvantifikaci: Chromeleon 7.3.2; pro screening neznámých látek Compound Discoverer s HRAM Contaminants Library.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda prokázala vynikající citlivost s limity detekce 0,1–1,4 ng/L a kvantifikace 0,35–4,5 ng/L, což splňuje požadavky na detekci nízkých ng/L hladin. Kalibrační křivky šestnácti cílových sloučenin vykazovaly linearitu R2 > 0,99. Recovery testy se pohybovaly mezi 65 % a 115 % s opakovatelností pod 10 % RSD u většiny látek. Aplikace na 16 reálných vzorků (odpadní vody, syrový odpad, podzemní voda) ukázala přítomnost FTOH a FOSE ve všech vzorcích, včetně extrémně vysoké koncentrace 6:2 FTOH (1050 ng/L) v syrovém odpadu. Screening HRAM knihovnou navíc odhalil další kontaminanty, např. dichlorbenzen.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimalizace manuálních kroků a rizika kontaminace díky automatizované HS-SPME Arrow extrakci.
• Vysoká citlivost a selektivita HRAM spektrometrie pro nízké koncentrace PFAS v komplexních matricích.
• Možnost retrospektivní analýzy dat a rozšíření scope o další analyty bez nutnosti nové analýzy vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj HRAM GC-MS metod společně s pokročilými SPME sorpčními fázemi slibuje širší screening stovek PFAS. Integrace strojového učení do zpracování full scan dat umožní rychlou identifikaci nových kontaminantů a real-time monitoring environmentálních vzorků. Očekává se také rozšířené využití pro kontinuální sledování vzduchu a vodních toků.

Závěr

Kombinace HS-SPME Arrow a Orbitrap Exploris GC-MS poskytuje jednoduchý, citlivý a kvantitativní přístup ke stanovení volatilních PFAS v různorodých environmentálních vzorcích. Navržená metoda splňuje přísné limity detekce, zachovává vysokou selektivitu a umožňuje flexibilní rozšíření analýzy na další škálu látek.

Reference

• Ayala-Cabrera J.F., Contreras L., Moyano E., Santos F.J. Anal. Chim. Acta. 2020; DOI:10.1016/j.aca.2019.12.004.
• Favreau P., Poncioni-Rothlisberger C., Place B.J., Bouchex-Bellomie H., Weber A., Tremp J., Field J.A., Köhler M. Chemosphere. 2017;171:491–501.
• Bach C., Boiteux V., Hémard J., Colin A., Rosin C., Munoz J.F., Dauchy X. J. Chromatogr. A. 2016;1448:98–106.
• Dauchy X., Bioteux V., Back C., Colin A., Hémard J., Rosin C., Munoz J.F. Sci. Total Environ. 2017;576:549–558.
• Dimzon I.K., Westerveld J., Gremmel C., Fromel T., Knepper T.P., de Voogt P. Anal. Bioanal. Chem. 2017;409:1395–1404.
• Ma H., Peng H., Chen H., Shang W., Zheng X., Yang M., Zhang Y. Chemosphere. 2022;299:134442.