Feasibility for a PFAS Screening Protocol by Matrix- Assisted Laser Desorption/Ionisation Time-of-Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry

MALDI-8030 EasyCare — použití MALDI-TOF pro rychlý screening PFAS

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou environmentálními kontaminanty s vysokou perzistencí a rizikem kontaminace analytických přístrojů. Rychlý a spolehlivý screening vzorků před jejich vstupem do citlivých LC-MS/MS pracovních postupů může významně snížit riziko kontaminace, zkrátit dobu odstávek a zefektivnit pracovní režim laboratoří zabývajících se monitoringem vody a životního prostředí. Studie hodnotí proveditelnost implementace jednoduchého MALDI-TOF screeningu jako předběžné kontroly po kroku SPE a před LC-MS/MS analýzou.

Cíle a přehled studie / článku

Hlavním cílem bylo ověřit, zda bench-top lineární MALDI-TOF (MALDI-8030) umožní rychle identifikovat vzorky s vysokou koncentrací PFAS, které by mohly kontaminovat LC-MS/MS přístroje, a poskytnout semi-kvantitativní odhad koncentrace na základě intenzity signálu vůči internímu standardu. Studie porovnávala dvě matrice (TMGN, NRM), různé rozpouštědla a použití FlexiFocus karet pro zlepšení homogeneity spotu. Testovány byly zejména PFOS a PFOA jako modelové analyty.

Použitá metodika

Vzorky:

• Interní standard: 13C-PFOS, do finální směsi 10 ng/mL (přidán 3 µL z 50 µg/mL roztoku na 300 µL vzorku).
• Příprava standardů: 500 µg/mL zásoba v MeOH, ředěná do sérií v H2O nebo 100% MeOH podle experimentu.
• Matrices: 1,8-bis(tetramethylguanidino)-naphthalene (TMGN) a norharmane (NRM); TMGN 5 mg/mL stock ředěný v 70:30 ACN:H2O nebo 100% MeOH, NRM 1 mg/mL v MeOH.
• Depozice: FlexiFocus 96-well slide, 1 µL (a testově 0.5 µL) spoty v trojím repete, celkem 180 spotů pro porovnání.

Použitá instrumentace

• MALDI-8030 (Shimadzu) — benchtop lineární MALDI-TOF.
• FlexiFocus 96-well slides (Shimadzu) pro lepší homogenitu spotu a umožnění použití methanolových směsí.
• Matricové sloučeniny: TMGN a NRM.
• Interní standard: 13C-PFOS.
• Rozpouštědla: 100% methanol a směs ACN:H2O (70:30).
• Typické akviziční parametry (reportované): negativní polarita, m/z rozsah 250–1000, 5 střel na profil @ 200 Hz; nastavené hodnoty blankingu 200, pulsed extraction 450, počet profilů 196.

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčové zjištění:

• Obě matrice produkují detekovatelné PFAS signály, avšak TMGN vykázala lepší linearitu a širší rozmezí kvantifikovatelnosti než NRM.
• Pro PFOS připravený v 100% methanolu s TMGN byla dosažena lineární oblast sahající od přibližně 500 ppt do stovek ppb (registrované R2 ~0,94 pro 500 ppt–100 ppb), což zahrnuje i ULOQ používané v LC-MS/MS protokolech (62,5 ppb podle EPA1633). To umožňuje spolehlivě identifikovat příliš koncentrované vzorky určené k dalšímu zředění před LC-MS/MS.
• Vztah signálu a koncentrace v nižších koncentracích se lišil podle rozpouštědla: měření v čisté vodě vykazovalo ztrátu linearity pod ~500 ppt (pravděpodobně vlivem surface-partitioning PFAS), zatímco methanolové přípravy na FlexiFocus slide zlepšily přesnost a opakovatelnost.
• PFOA vykázala ztrátu linearity pod ~5 ppb; v rozsahu 5–100 ppb však byla lineární s vysokým R2 (~0,99), což dovoluje spolehlivý screening v tomto vyšším rozsahu.

Diskuse: hlavním omezením je snížená spolehlivost při velmi nízkých koncentracích v přímých vodných vzorcích, což je přičítáno fyzikálně-chemickému chování PFAS (povrchová afinit a nefyzikální homogenita ve vzorku). FlexiFocus slide a methanolové rekonstituce (tj. po SPE) eliminují nebo snižují tuto variabilitu, čímž se metoda hodí pro screening po SPE kroků.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické výhody:

• Rychlý prescreen: minimální příprava a rychlé získání výsledků umožní identifikovat vysokokoncentrované vzorky před jejich analýzou LC-MS/MS.
• Snížení rizika kontaminace a odstávek LC-MS/MS zařízení; úspora času a provozních nákladů v laboratořích s vysokým průtokem vzorků.
• Možnost semi-kvantitativního odhadu koncentrace v rozsazích relevantních pro rozhodnutí o dalším ředění (zejm. k ULOQ LC-MS/MS).

Omezení metody

• Nízká spolehlivost kvantifikace pod ~500 ppt pro PFOS a pod ~5 ppb pro PFOA při přímých vodných přípravách.
• Metoda je vhodná především jako screening po SPE s rekonsitucí v methanolu, nikoli pro spolehlivou stopovou kvantifikaci v surových vodách.
• Potřebná kalibrace vůči internímu standardu a validace pracovního rozsahu při začleňování do rutinního QA/QC.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry dalšího vývoje:

• Optimalizace matric a depozičních technik pro zlepšení LLOQ (např. nové aditivní matrice, nanostrukturované povrchy, mikrospotting).
• Automatizace spotování a zpracování dat pro integraci do laboratorních screeningových linek.
• Rozšíření panelu sledovaných PFAS a standardizace kalibračních přístupů pro různé třídy PFAS.
• Kombinace MALDI-TOF screeningu se statistickými nebo ML přístupy pro rychlé rozhodování o zpracování vzorků.
• Vylepšení metodiky pro přímá vodní měření (odstranění surface-partition artefaktů) nebo validace dalších SPE reži­mů.

Závěr

Studie prokazuje, že jednoduchý MALDI-TOF screening pomocí MALDI-8030 a FlexiFocus slide je proveditelný a užitečný jako předběžný kontrolní krok po SPE, který umožní rychle identifikovat vzorky s vysokým obsahem PFAS a tím chránit citlivé LC-MS/MS přístroje. Metoda nabízí rychlý, nákladově efektivní prescreen s dostatečnou přesností v rozsahu od přibližně 500 ppt (PFOS) či 5 ppb (PFOA) výše, avšak není vhodná pro spolehlivou kvantifikaci stopových koncentrací v přímých vodách bez předchozího koncentračního kroku a optimalizace vzorkovacího protokolu.

Reference

1. Detection of PFAS in Aqueous Samples by Matrix Assisted Laser Desorption Ionisation Time-of-Flight (MALDI-TOF) Mass Spectrometry. Application News No. 12-MO-543-EN. Shimadzu Corporation.
2. Tighe M, et al. Rapid PFAS removal from water with floating polymer assisted by air bubbles. Chemosphere. 2025;377.