Comprehensive Non-Targeted PFAS Analysis Using Quadrupole Time-of-Flight (QToF) Mass Spectrometry with a Multi-Approach Data Processing Workflow

Význam tématu

PFAS představují skupinu vysoce perzistentních, fluorovaných organických sloučenin s prokázanými negativními dopady na životní prostředí i lidské zdraví. Tradiční kvantitativní metody založené na triple quadrupole LC-MS/MS se soustředí pouze na předem definované cílové látky, a proto opomíjejí neznámé izomery a nové PFAS deriváty. Vysokorozlišovací hmotnostní spektrometrie (HRMS) v kombinaci s ne-cílenými přístupy představuje nezbytný krok k komplexnímu monitoringu a identifikaci kompletního spektra PFAS.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo zhodnotit výkonnost ne-cílené metody pro screening PFAS ve třech neznámých vzorcích (A, B, C) zaslaných organizací NIST v rámci mezilaboratorní studie. Použit byl QToF spektrometr Shimadzu LCMS-9050 s režimem datově-řízené akvizice (DDA) v pozitivním i negativním ionizačním módu. Výsledky byly porovnány s NIST suspektním seznamem, NIST knihovnou a interní knihovnou Shimadzu prostřednictvím softwaru LabSolutions Insight Explore a FluoroMatch.

Použitá metodika

Byla aplikována binární gradientní eluce na C18 kolonu s mobilními fázemi 2 mM amonium acetátu a acetonitrilu v 30minutovém časovém programu. Metoda DDA zachycovala MS1 a MS2 spektra pro oba ionizační režimy. Data byly zpracována třístupňovým přístupem: suspektní seznam NIST, shoda s MS2 knihovnou a identifikace pomocí FluoroMatch, následně dereplikována a hodnocena podle kritérií retence, přesnosti m/z (<5 ppm), izotopového vzoru a skóre (>20).

Použitá instrumentace

• Shimadzu LCMS-9050 QToF
• C18 reversed-phase kolona
• Softwarové nástroje LabSolutions Insight Explore a FluoroMatch

Hlavní výsledky a diskuse

Ve vzorcích A, B a C bylo detekováno celkem 49, 101 a 134 PFAS sloučenin. Negativní ionizační režim přinesl vyšší počet zjištění (40, 57 a 105) než pozitivní (9, 44 a 29). Laboratoř s kódem DIM003 dosáhla plné shody 100 % s očekávanými analyty ve všech třech vzorcích, čímž potvrdila robustnost a spolehlivost navrženého workflow bez nadměrné míry falešně pozitivních záznamů.

Přínosy a praktické využití metody

• Komplexní pokrytí známých i dosud neznámých PFAS tříd a izomerů
• Snížení rizika překrytí analyzů v cílených protokolech
• Využití standardizovaných NIST kritérií zajišťuje srovnatelnost výsledků napříč laboratořemi

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření databází HRMS spekter a zdokonalení algoritmů pro automatizovanou anotaci PFAS sloučenin. Integrace umělé inteligence a strojového učení může dále zrychlit a zpřesnit ne-cílené analýzy. Dálnější kombinace s multidimenzionální chromatografií a ion mobility spektrometrií otevře cestu k hloubkové charakterizaci strukturálních izomerů.

Závěr

Navržená ne-cílená metoda založená na QToF s DDA a vícetahovým zpracováním dat úspěšně identifikovala široké spektrum PFAS v neznámých vzorcích s vysokou spolehlivostí a bez nadměrných falešně pozitivních výsledků. Přístup splňuje požadavky mezilaboratorních studií a posunuje hranice environmentálních monitorovacích technik.

Reference

1. Place B , Reiner J , Ragland J , Rodowa A , Burdette C , Cuthbertson A , Rimmer C , Kucklick J , Mahynski N (2024) Per- and Polyfluoroalkyl Substances – Non-Targeted Analysis Interlaboratory Study Final Report, NISTIR 8544, National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD, DOI 10.6028/NIST.IR.8544
2. Charbonnet JA , McDonough CA , Xiao F , Schwichtenberg T , Cao D , Kaserzon S , Thomas KV , Dewapriya P , Place BJ , Schymanski EL , Field JA , Helbling DE , Higgins CP (2022) Communicating Confidence of Per- and Polyfluoroalkyl Substance Identification via High-Resolution Mass Spectrometry, Environmental Science and Technology Letters, 9(6):473–481, DOI 10.1021/acs.estlett.2c00206