Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances in Groundwater by Direct Injection Using the Benchtop Multi- Reflecting Time-of-Flight Xevo™ MRT Mass Spectrometer

Význam tématu

PFAS (per- a polyfluoralkylové látky) jsou trvale přítomné v životním prostředí, kde se kumulují v půdě a podzemních vodách. Vzhledem k jejich recalcitrantní povaze a potenciálním zdravotním rizikům pro člověka a ekosystémy dochází k intenzivnímu zpřísňování legislativních limitů. Tradiční LC–TQ metody sice umožňují kvantifikaci předem definovaných látek, avšak postrádají schopnost širšího, non-targeted screeningu. V tomto kontextu představuje HRMS (high-resolution mass spectrometry) s přímou injekcí bez SPE inovativní přístup pro komplexní analýzu PFAS v komplexních matricích.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo ověřit výkonnost benchtopového multi-reflektujícího ToF systému Xevo™ MRT pro:

• Simultánní absolutní kvantifikaci a nestrukturovaný screening (NTS) až 30 PFAS sloučenin v podzemní vodě.
• Hodnocení přesnosti měření hmotnosti (RMS ≤ 0,5 ppm), citlivosti (LOD ≤ 5 ng/L) a dynamického rozsahu (1–10 000 ng/L).
• Demonstraci reálné aplikace na vzorcích z Channel Islands a porovnání s předpisy EU pro PFOS a PFHxS.

Použitá metodika

Vzorky podzemní vody byly zředěny 1:1 methanolem s 0,2 % kyseliny mravenčí a přímo injikovány (10 µL) do LC–HRMS. Byla použita data-independent akvizice (MSE) s rozlišením mass-to-charge 10 Hz. Kvantifikace vycházela z kalibračních křivek v rozsahu 1–10 000 ng/L s 1/X vážením.

Použitá instrumentace

• ACQUITY™ Premier LC System s PFAS izolátorem (Atlantis™ Premier BEH C18 AX 2.1×50 mm).
• Analytický sloupec ACQUITY Premier BEH C18, 1.7 µm, 2.1×100 mm.
• Xevo™ MRT Mass Spectrometer (ESI–, m/z 50–1200, MSE režim, lock mass Leu-enkefalin).
• Software waters_connect™ Platform a UNIFI™ Application pro cílenou kvantifikaci i NTS.

Hlavní výsledky a diskuse

Massová přesnost systému se u 535 měření pohybovala mezi –1,2 a 1,6 ppm, s RMS 0,496 ppm. U 24 ze 30 PFAS byla LOD ≤ 5 ng/L, přičemž některé látky dosáhly LOD 1 ng/L. Dynamický rozsah analýzy pokrýval čtyři řády velikosti. Ve vzorcích z Channel Islands bylo detekováno a kvantifikováno pět PFAS (PFBS, PFPeS, PFHpS, lineární a větvené izomery PFOS a PFHxS) s koncentracemi 13–1 000 ng/L, překračujícími limity dle směrnic EU 2006/118/EC a 2013/39/EU.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda nevyžaduje časově náročnou extrakci SPE, minimalizuje analytické zkreslení a umožňuje simultánní screening a kvantifikaci v jediném běhu. Díky vysoké přesnosti hmotnostního měření a širokému dynamickému rozsahu je vhodná pro regulační monitoring i výzkumné aplikace v oblasti environmentální chemie.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možnosti dalšího zlepšení zahrnují zvýšení injektovaného objemu (např. na 50 µL) pro dosažení ještě nižších LOD, rozšíření databází pro non-target screening a aplikaci metody na jiné složité matrice (odpadní vody, biota). Integrace s pokročilými softwarovými nástroji a umělou inteligencí může dále zefektivnit identifikaci nových PFAS.

Závěr

Xevo™ MRT Mass Spectrometer ve spojení s přímou injekcí LC–HRMS představuje robustní platformu pro komplexní analýzu PFAS v podzemní vodě. Metoda nabízí vynikající hmotnostní přesnost, vysokou citlivost a široký dynamický rozsah, což umožňuje spolehlivou detekci a kvantifikaci širokého spektra PFAS látek v rámci jednoho analytického běhu.

Reference

• Organtini K, Rosnack K, Hancock P. Analysis of Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Accordance With EPA 1633 Part 1: Establishing and Assessing the Method. Waters Application Note 720008117, 2023.
• Zhang Z, Sarkar D, Biswas JK, Datta R. Biodegradation of per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS): A review. Bioresource Technology. 344:126223, 2022.
• U.S. Environmental Protection Agency. CompTox Chemicals Dashboard: PFASMaster. Accessed November 2023.
• Suspect List of Possible Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS). NIST Public Data Repository. Accessed November 2023.
• Camdzic D et al. Quantitation of Total PFAS Including Trifluoroacetic Acid with Fluorine Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. Anal. Chem. 95:5484–5488, 2023.
• Schymanski EL et al. Non-target Screening with High-Resolution Mass Spectrometry: Critical Review Using a Collaborative Trial on Water Analysis. Anal. Bioanal. Chem. 407:6237–6255, 2015.
• Charbonnet JA et al. Communicating Confidence of Per- and Polyfluoroalkyl Substance Identification via High-Resolution Mass Spectrometry. Environ Sci Technol Lett. 9:473–481, 2022.
• Directive (EU) 2006/118/EC on the protection of groundwater against pollution and deterioration.
• Directive (EU) 2013/39/EU amending Directives 2000/60/EC and 2008/105/EC regarding priority substances in water policy.