Using the Combined Peak Capacity of Liquid Chromatography and Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry to Enhance PFAS Analysis Efficiency and Specificity

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou vysoce perzistentní chemické kontaminanty s prokázanými karcinogenními a imunotoxickými účinky. S narůstající globální regulací a požadavky na rozsáhlé environmentální a biologické monitorování se zvyšuje objem vzorků i potřeba rychlých, přesných a spolehlivých analytických metod. Kombinace kapalinové chromatografie a cyklické iontové mobility hmotnostní spektrometrie (LC-IM-MS) přináší výrazné zvýšení analytické šířky (peak capacity) a tím zlepšení specificity i propustnosti analýzy PFAS.

Cíle a přehled studie / článku

Studie demonstruje využití systému SELECT SERIES™ Cyclic™ IMS v kombinaci s UHPLC pro snížení doby analýzy o 75 % při zachování schopnosti rozlišit izomery PFOS a izobarické biomarkery žlučových kyselin v lidském séru. Dále popisuje možnost kvantifikace koelujících PFOS izomerů na základě iontové mobility a měření kolizního průřezu (CCS).

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky anonymizovaného lidského séra byly připraveny extrakcí SPE 96-well µElution deskami s polymerním reverzním fázovým sorbentem a slabou aniontovou výměnou. Separace probíhala na kolónách ACQUITY UPLC Premier HSS T3 (100 × 2,1 mm, 1,8 µm) a Atlantis Premier BEH C18 AX Isolator (50 × 2,1 mm, 5 µm) při gradientu 95 % vody/5 % metanolu až čistý metanol s 2 mM acetátem amonným, tokem 0,6 mL/min a teplotami 35 °C (kolona) a 6 °C (vzorek). Hmotnostní spektrometrie se prováděla v neg. ionizačním režimu ESI na SELECT SERIES Cyclic IMS s rozsahem m/z 50–1200, iontovou mobilitou R~65 (standard) až R~250 (rozšířené) a HDMS(E) nebo HDMS/MS akvizicí. Data zpracováno pomocí MassLynx 4.2 a waters_connect 3.1.0 s knihovnou PFAS (130 záznamů).

Hlavní výsledky a diskuse

• Zkrácení analýzy z 22 min na 5,5 min (−75 %) při plném rozlišení PFOS izomerů a koelujících izobarických žlučových kyselin.
• Iontová mobilita (R~145 až R~250) umožnila separaci lineárního a dvou rozvětvených PFOS izomerů (P5MHPS, P6MHPS) a tří žlučových kyselin s ∆ATD až 1,5 ms.
• Kvantifikace koelujících PFOS izomerů v lidském séru na základě extrahovaných chromatogramů, lineárních kalibračních křivek (0,1–50 ng/mL) a známého složení standardu L-PFOS.
• Hodnoty CCS (∆CCS <1 %) slouží jako doplňkový identifikační parametr při nízkých intenzitách fragmentů.

Přínosy a praktické využití metody

• Signifikantně vyšší propustnost laboratoře díky zkrácenému času analýzy bez ztráty rozlišitelnosti kritických izomerů.
• Snížení falešně pozitivních výsledků a přesnější měření koncentrací v komplexních matrixech.
• Univerzální non-targeted screening pro odhalení známých i nových PFAS, degradačních produktů a prekurzorů.
• Možnost studia korelace PFOS izomerové skladby s biologickými efektami a expozicí.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšiřování databází CCS pro široký okruh PFAS a dalších kontaminantů.
• Integrace pokročilých algoritmů strojového učení pro automatizovanou identifikaci neznámých látek.
• Vývoj ještě rychlejších UHPLC gradientů s optimalizovanou iontovou mobilitou.
• Aplikace metody v rutinní environmentální a klinické toxikologii pro sledování dlouhodobé expozice.

Závěr

LC-IM-MS na systému SELECT SERIES Cyclic IMS představuje efektivní a specifickou strategii pro rychlou a spolehlivou analýzu PFAS. Umožňuje významné zkrácení doby měření bez kompromisu v rozlišení izomerů a izobarů, poskytuje dodatečné identifikační parametry (CCS) a nabízí široké uplatnění v non-targetovaném screeningovém režimu.

Reference

1. McCullagh M., Adams S., Dowd S. a kol. Enhanced Identification Confidence and Specificity for PFAS Analysis Using Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry. Waters Application Note 720008536, 2024.
2. United States Environmental Protection Agency. Method 1633: Targeted Analysis of 40 PFAS Compounds, EPA, 2024.
3. Směrnice Evropského parlamentu a Rady (EU) 2020/2184 o kvalitě vod určených k lidské spotřebě, 2020.
4. Kirkwood-Donelson K. I. a kol. Uncovering PFAS with nontargeted ion mobility spectrometry–mass spectrometry analyses. Sci. Adv. 9(43): eadj7048, 2023.
5. Zhang X. a kol. Association of PFAS exposure with fatty liver disease risk in US adults. JHEP Reports 5(5):100694, 2023.