Combining Pattern Analysis and Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry to Research Perand Poly Fluoroalkyl Substances (PFAS) Exposure in E-waste Handlers

Význam tématu

PFAS představují rozsáhlou skupinu per- a polyfluoroalkylovaných látek se silnou perzistencí a toxickými účinky v životním prostředí a lidském těle. Elektronický odpad je významným zdrojem těchto látek, přičemž pracovníci při recyklaci mohou být vystaveni inhalací, pozřením i kontaktem kůže. Schopnost odhalit známé i dosud neznámé PFAS ve složitých matricích, jako je lidská krevní plazma, je klíčová pro posouzení rizik a ochranu zdraví obyvatel i pracovníků.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem studie bylo demonstrovat použití kombinace cyklické iontové mobilitní hmotnostní spektrometrie (cIM-MS) s datově nezávislou analýzou a následnou vzorovou analýzou pomocí softwaru waters_connect k detekci a charakterizaci známých i nových PFAS u pracovníků recyklace elektronického odpadu z Ghany. Studie ukazuje, jak lze pomocí této strategie potvrdit environmentální expozici a rozšířit spektrum sledovaných látek.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky anonymizované lidské sérové plazmy byly připraveny extrakcí SPE 96dobých µElution destičkami s polymerním sorbentem pro obrácenou fázi a slabou aniontovou výměnu. Rozlišení a separace proběhla na UPLC systému ACQUITY Premier modifikovaném PFAS kitem a kolony Atlantis Premier BEH C18 AX. Mobilní fáze obsahovaly vodný roztok amonného acetátu a methanol. Iontizace probíhala v režimu ES minus a analýza proběhla na systému SELECT SERIES Cyclic IMS s nastavením rozsahu m/z 50–1200 a kolizní energií 20–45 eV. Data byly zpracovány v MassLynx 4.2 a waters_connect 3.1 s Pattern Analysis Application.

Hlavní výsledky a diskuse

Byly potvrzeny známé PFAS, včetně 6 2 FTS, PFHxS, PFHpS a izomerů PFOS, s rozdíly CCS pod 0,5 procenta vůči referenční knihovně. Vzniklá data obsahovala trojici parametrů m/z, retenční čas a kolizní průřez CCS pro všechny detekované ionty. Pomocí vícekriteriálního filtrování a holistické vzorové analýzy byly identifikovány dosud neznámé PFAS homologické řady nesaturovaných perfluorokarboxylátů. Využití Kendrickovy anomálie hmotnosti normalizované na CF2 opakovací jednotku a Kaufmannových grafů m na počet atomů uhlíku versus hmotnostní defekt umožnilo oddělit antropogenní PFAS od typické biologické matrice.

Přínosy a praktické využití metody

• Automatizované workflow usnadňuje rychlé odhalení známých i neznámých PFAS v reálných vzorcích bez nutnosti škálovat rozsáhlé sady standardů
• Vysoká selektivita kombinace retenční doby, přesné hmotnosti a CCS umožňuje spolehlivou identifikaci látek ve složité matrici lidského séra
• Možnost rozšíření analýzy na půdu, potraviny či jiné expozice díky datově nezávislé akvizici

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj směřuje k rozšíření knihoven PFAS i prediktivních modelů CCS pomocí strojového učení. Integrace nativního vzorového vyhodnocení s pokročilými datovými analýzami umožní rychlejší screening i kvantitativní stanovení nízkoúrovňových PFAS v různých typech vzorků. Rozšíření metody o cílenou MSMS fragmentaci a standardy pro nové PFAS posílí důvěryhodnost putativních nálezů.

Závěr

NEcílená UHPLC cIM MS kombinovaná s holistickou vzorovou analýzou přes waters_connect Pattern Analysis Application umožňuje efektivní detekci a charakterizaci známých i dosud neznámých PFAS v komplexních biologických vzorcích. Tato přístupová strategie významně zvyšuje schopnost monitorovat expozici PFAS a přispívá k lepšímu hodnocení environmentálních a zdravotních rizik.

Reference

1 EPA metoda 1633 Final for web posting 2024
2 EURL POPs Working Groups PFAS 2025
3 DWI PFAS Guidance Mar 2025
4 Maine DEP PFAS products
5 L Assemblée nationale L16T0276
6 McCullagh et al Enhanced Identification Confidence and Specificity for PFAS Analysis Using Cyclic Ion Mobility Mass Spectrometry Collision Cross Sections 2024
7 Kirkwood Donelson et al Uncovering PFAS with nontargeted IMS MS analyses Sci Adv 2023
8 Conley et al Hexafluoropropylene oxide dimer acid alters metabolism Environ Int 2021
9 Tansel PFAS use in electronic products J Environ Manage 2022
10 Baqar et al Emerging PFAS in E waste recycling Environ Sci Technol 2024
11 Goscinny et al CCS for pesticide identification Rapid Commun Mass Spectrom 2019
12 Idowu et al Systematic review methods for PFAS Sci Total Environ 2025
13 Pavlovic et al Non Targeted Detection of PFAS in Roe Deer Molecules 2024
14 Organtini et al Extracting and Analyzing PFAS from Human Serum 2021
15 PFAS Analysis Kit User Guide 2024
16 USEPA CompTox Dashboard PFASSTRUCT 2024
17 Kaufmann et al Simplifying Nontargeted Analysis of PFAS in Food J AOAC Int 2022
18 Sleno The use of mass defect in modern mass spectrometry J Mass Spectrom 2012
19 Bugsel et al LC HRMS screening of PFAS in soils Anal Bioanal Chem 2022
20 Dodds et al Rapid Characterization of PFAS by IMS MS Anal Chem 2020
21 Yanling Vissers Yu Investigation of CCS Prediction Waters App Note 2020
22 Barola et al Untargeted Screening of PFAS in Airborne Particulate Separations 2023
23 Alinezhad et al Thermal Decomposition of PFECAs Environ Sci Technol 2023
24 Trautmann et al Electrochemical degradation of PFAS in groundwater Water Sci Technol 2015