Py-GC/MS/MS Microplastic Analysis of Samples Containing Interfering Substances

Význam tématu

Microplasty představují globální environmentální i zdravotní výzvu, protože se nacházejí v prostředí i v potravinovém řetězci. Tradiční spektroskopické techniky (IR, Raman) mohou určit typ a velikost částic, avšak často selhávají při stopové kvantifikaci v komplikovaných matrixech. Pyrolýza spojená s GC/MS nabízí alternativu, která rozkládá polymery na charakteristické fragmenty a umožňuje jejich hmotnostní stanovení. Začlenění tandemového MS (MS/MS) v režimu MRM navíc výrazně zvyšuje selektivitu a citlivost analýzy, což je klíčové pro spolehlivou detekci a kvantifikaci microplastů v reálných vzorcích obsahujících rušivé složky.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem aplikace bylo ověřit využitelnost Py-GC/MS/MS v MRM režimu pro kvantitativní stanovení jedenácti běžných typů mikroplastů v přítomnosti interferujících látek. Hlavní body studie:

• Optimalizace pyrolýzních a chromatografických podmínek pro všech 11 polymerů.
• Porovnání standardního režimu Scan a režimu MRM z hlediska linearity, šumu a poměru signál/šum (S/N).
• Ověření interpretace výsledků na reálném vzorku mořské soli s potenciálními rušivými složkami.

Použitá metodika a instrumentace

Pro analýzu byla použita následující sestava:

• Frontier Lab pyrolyzer Py-3030D: teplota pece 600 °C, single shot mód.
• Agilent 8890 GC: kolona UA-5 (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm), split 50:1, teplota vstupu 320 °C, program pece 40 °C (5 min), nárůst 20 °C/min do 320 °C (6 min).
• Agilent 7000E TQ GC/MS: EI 70 eV, zdroj 230 °C, kvadrupóly 150 °C; data sběr v režimech Scan (m/z 29–300) a MRM (specifické tranzice pro každý polymer).

Příprava vzorků:

• Referenční směs mikroplastů (11 druhů) v deaktivovaném SiO₂; dávky standardů 0,05–1,0 mg.
• Vzorky mořské soli (100 g): rozpuštěné, filtrování na 20 μm, zbytky na filtru analyzovány přímo pyrolýzou.

Hlavní výsledky a diskuse

Kalibrační křivky pro všech 11 polymerů vykazovaly v režimu Scan i v MRM v rozsahu stovek ng až jednotek μg vysokou linearitu (R² > 0,99). Některé polymerní indikátory však projevily mírné kvadratické chování, které ale neovlivnilo spolehlivost kvantifikace. Při porovnání obou režimů se ukázalo:

• V režimu MRM byl šum 2– desítkykrát nižší než v režimu Scan, což vedlo k 10– několika tisícinásobnému zvýšení S/N.
• V přítomnosti matice (reálné vzorky mořské soli) režim Scan nadhodnocoval obsah PE kvůli koeluci rušivých látek.
• MRM umožnil minimalizovat rušivé fragmenty a dosáhnout přesnějších výsledků bez nutnosti složité dekonvoluce spekter.

Přínosy a praktické využití metody

Py-GC/MS/MS v MRM režimu představuje robustní nástroj pro monitorování mikroplastů v environmentálních a potravinových studiích. Metoda umožňuje:

• Citlivou detekci stopových koncentrací (ng–μg) různých polymerů.
• Spolehlivou kvantifikaci v přítomnosti komplexních matric.
• Vyšší selektivitu díky definovaným tranzicím, snížení falešně pozitivních signálů.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další rozvoj může zahrnovat:

• Standar d izace referenčních materiálů pro širší spektrum polymerů.
• Automatizaci přípravy vzorků a rychlé screeningové protokoly.
• Integraci s vysokorozlišovacími hmotnostními spektrometry pro hloubkové strukturální informace.
• Mobilní či terénní varianty pyrolyzér-GC/MS pro monitoring přímo v místě sběru vzorků.

Závěr

Py-GC/MS/MS v MRM režimu nabízí citlivou a vysoce selektivní cestu pro kvantifikaci mikroplastů v náročných matricích. Metoda prokázala vynikající linearitu kalibrací, výrazné snížení šumu a vyšší S/N, což umožňuje přesnou analýzu stopových hladin v reálných vzorcích. Díky těmto vlastnostem se stává hodnotným nástrojem pro environmentální i potravinářské aplikace.

Reference

1. Whitecavage J., Stuff J.R., Vernarelli L. Determination of Microplastics using Pyrolysis Gas Chromatography Mass Spectrometry. GERSTEL Application Note 212, 2020.
2. Dierkes G. et al. Quantification of Microplastics in Environmental Samples Using Pyrolysis and GC/MSD. Agilent Application Note 5994-2199EN, 2020.
3. Braun U. et al. Accelerated Determination of Microplastics in Environmental Samples Using Thermal Extraction Desorption-GC/MS. Agilent Application Note 5994-2551EN, 2020.
4. Yu H.W. et al. A review on analytical methods and occurrence for microplastics in freshwater. J Environ Anal Health Toxicol 23, 2020.
5. Jones N. et al. Analysis of Microplastics in Environmental Samples by Pyrolysis/Thermal Desorption-(GC)xGC-TOFMS. Chromatography Today, 2021.
6. Coralli I. et al. Secondary reactions in the analysis of microplastics by analytical pyrolysis. J Anal Appl Pyrolysis 161, 2022.
7. Peñalver R. et al. Determination of extractable pollutants from microplastics to vegetables: Accumulation and incorporation into the food chain. Chemosphere 341, 2023.
8. Harata K. et al. Identification of polymer species in a complex mixture by pyrolysis-GC-APCI-HR-TOFMS. J Anal Appl Pyrolysis 148, 2020.
9. Matsueda M. et al. Preparation and test of a reference mixture of eleven polymers with deactivated inorganic diluent for microplastics analysis by pyrolysis-GC–MS. J Anal Appl Pyrolysis 154, 2021.
10. Ishimura T. et al. Qualitative and quantitative analysis of mixtures of microplastics in the presence of calcium carbonate by pyrolysis-GC/MS. J Anal Appl Pyrolysis 157, 2021.
11. ASTM D8401-24. Standard Test Method for Identification of Polymer Type and Quantity of Microplastic Particles and Fibers in Waters with High to Low Suspended Solids Using Pyrolysis-GC/MS. 2024.
12. Belz S. et al. Analytical methods to measure microplastics in drinking water. EU JRC Publications JRC136859, 2024.