Chromatographic Performance Comparison in Ultrashort-Chain PFAS Analysis

Význam tématu

Analýza per- a polyfluoroalkylovaných látek (PFAS) v potravinách je z hlediska veřejného zdraví a plnění regulatorních požadavků stále aktuálnější. Zvláštní pozornost si zaslouží ultrakrátké (USC, C1–C3) a krátké (SC, C4–C7) PFAS molekuly: jsou extrémně polární, vysoce rozpustné ve vodě a často volatilní, což komplikuje chromatografickou separaci, přípravu vzorku a citlivou detekci. Spolehlivá chromatografie, která zajistí dostatečnou retenci a oddělení od polarických matrixových interferencí, je klíčová pro snížení iontového potlačení, dosažení nízkých LOQ a pro přesné kvantifikace v komplexních potravinových matricích.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo porovnat chromatografický výkon nového sloupce Agilent Altura Poroshell 120 PFAS se třemi komerčně dostupnými mixed‑mode LC sloupci určenými pro analýzu USC a SC PFAS v extraktech z potravin. Testovány byly čtyři komplexní matrice (dva typy dětské výživy, syrovátkový protein, krmivo pro domácí mazlíčky a krevety). Extrakty byly připraveny jako matrix‑blanky, následně post‑spikovány standardní směsí USC/SC analytů a analyzovány LC‑MS/MS. Hodnoceny byly retence, tolerance vůči vysokému obsahu organiky ve vzorku, separace od matrix interferencí a dopad na matrix effect (iontové potlačení/zesílení).

Použitá metodika a instrumentace

Použitá instrumentace a hlavní provozní parametry:

• LC: Agilent 1290 Infinity II (pumpa), 1290 Infinity III hybrid multisampler, multicolumn thermostat.
• MS: Agilent 6495D triple quadrupole s Agilent Jet Stream iFunnel, ESI v negativním režimu.
• Kolony: Agilent Altura Poroshell 120 PFAS (2.1 × 50 mm, 2.7 µm) a tři komerční mixed‑mode sloupce stejné dimenze pro srovnání; použit také Poroshell 120 PFAS delay column (4.6 × 30 mm) v modifikovaném systému.
• Mobilní fáze: MPA = 5 mM NH4OAc + 0.05 % octové kyseliny ve vodě; MPB = 95:5 acetonitril:voda.
• Gradienty: dva programy (Gradient A pro Altura a Column 1; Gradient B s vyšším počátečním podílem vody pro Column 2 a 3).
• Injekce: 10 µL, teplota kolony 40 °C; multisampler s feed‑injekčním programem pro online ředění tam, kde bylo nutné.
• Příprava vzorků: QuEChERS EN extrakce následovaná EMR PFAS passthrough čištěním; konečné extrakty obsahovaly 90–100 % ACN, některé byly ředěny 1:1 vodou u sloupce 2 a 3.
• Standardy: směs osmi USC/SC PFAS (včetně TFA, TFMS, PFPrA, PFBA, PFBS atd.) použitá v koncentracích 1 a 0.1 ng/mL pro matrixová spike.

Technické poznámky: ESI podmínky (suchý plyn 240 °C/18 L/min, sheath 350 °C/11 L/min, nebulizér 15 psi, kapilární napětí 2,500 V NEG) a MS nastavení fragmentoru 166 V byly součástí metody stanovení MRM přechodů pro jednotlivé analyty.

Hlavní výsledky a diskuse

• Retence a tvar píků: Altura Poroshell 120 PFAS prokázal nejvyšší retenční sílu pro USC a SC PFAS. Minimální retenční faktor (k’) pro první elující analyty byl výrazně nad požadovanou úrovní (>3), konkrétně pro TFA k’ ≈ 9.4. Všechny analyty vykázaly symetrické píky a rovnoměrné rozložení v retenčním okně; nejbližší páry měly rozlišení Re > 2.
• Porovnání s ostatními sloupci: Column 1 podala výkon srovnatelný s Alturou, ale s o něco menší retencí a s pozorovatelným tailingem pro některé komponenty (TFA, PFPrA, PFBA). Column 2 a 3 měly výrazně nižší retenci pro raně elující (USC) analyty a bez online ředění či velmi mírného gradientu vykazovaly špatný tvar píků a koeluce.
• Tolerance na obsah organiky ve vzorku: Altura a Column 1 umožnily přímou injekci extraktů s 90–100 % ACN bez významného zhoršení tvaru píků u raně elujících látek. Column 2 a 3 vyžadovaly 2× ředění extraktů vodou nebo feed‑injekční režim pro přijatelný výkon.
• Matrix effects: Altura vykázal nejmenší iontové potlačení/zesílení (matrix effects v rozmezí ≈90–110 % pro většinu analyzovaných látek kromě TFA, který je obzvlášť náchylný). Ostatní sloupce prokázaly větší a proměnlivé potlačení, zejména u raně elujících USC látek.
• Oddělení izobarických interferencí: Altura efektivně separoval PFBA od typické izobarické interference v rostlinných potravinových matrikách. Toto chromatografické oddělení snižuje riziko falešně pozitivních nálezů a může snížit závislost na drahých HRMS technikách pro sekundární potvrzení u analyzátů bez kvalifikačních přechodů (PFBA, PFPeA).
• Praktické důsledky: lepší retence vedla k nižšímu iontovému potlačení, vyšší citlivosti a robustnější kvantifikaci USC/SC PFAS v komplexních potravinových extraktech bez nutnosti časově náročného a rizikového odpařování (kritické pro volatilní TFA).

Přínosy a praktické využití metody

• Umožnění přímé injekce vysokého organického extraktu šetří čas a minimalizuje ztráty volatních analytů, zjednodušuje workflow v rutinních laboratořích.
• Vyšší retence a lepší separace od matice snižují iontové potlačení, což zlepšuje robustnost kvantifikace a snižuje variabilitu mezi matricemi (dětská výživa, proteinové směsi, krmivo, mořské plody).
• Chromatografické oddělení izobarických interferencí snižuje potřebu vysokorozlišovací MS pro potvrzení některých analyzátů, což je nákladově výhodné řešení pro laboratoře provádějící rozsáhlý monitoring.
• Možnost použití běžného triple‑quadrupole MS zařízení při dosažení lepších LOQ a spolehlivosti výsledků v souladu s regulatorními požadavky (např. AOAC SMPR).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšířená validace: další studie by měly ověřit výkon Altura kolony napříč širším spektrem potravinových matric (nápoje, tukové matrice, fermentované produkty) a při nižších hladinách spikování k určení LOQ v rutinních podmínkách.
• Chromatografická potvrzení jako alternativa HRMS: pro PFBA a PFPeA je slibné další rozpracování chromatografického potvrzování jako nákladově efektivní přístup k sekundární identifikaci.
• Optimalizace přípravy vzorků: integrace Altura kolony do workflow může umožnit redukci kroků offline manipulace (např. odpařování) a tím minimalizovat ztráty volatilních USC analytů a zvýšit throughput.
• Standardizace metodiky a harmonizace se směrnicemi: práce na standardních provozních postupech (SOP) a jejich schválení v rámci SMPR/AOAC pomůže zlepšit konzistenci mezi laboratořemi a podporovat regulační monitorování.
• Vývoj kolonkových a mobilní‑fázových formulací: další vývoj materiálů s vyšší specifickou retenční kapacitou pro extrémně polární anionty PFAS může ještě více zlepšit separaci a citlivost bez potřeby složitého ředění vzorků.

Závěr

Studie ukazuje, že Agilent Altura Poroshell 120 PFAS mixed‑mode sloupec významně zlepšuje chromatografickou retenci, separaci od matrix interferencí a tolerance vůči vysokému organickému obsahu vzorků pro analýzu USC a SC PFAS v potravinových extraktech. Tyto vlastnosti vedou k nižším matrix effectům, lepší citlivosti a jednoduššímu workflow bez nutnosti nákladné HRMS infrastruktury pro řadu aplikací. Alternativní komerční sloupce měly omezenou schopnost přímo přijmout vysoký podíl organiky a vykázaly proměnlivější výkonnost, zejména u raně elujících ultrakrátkých PFAS.

Reference

1. European Commission. Consolidated Text: Commission Regulation (EU) 2023/915 of 25 April 2023 on Maximum Levels for Certain Contaminants in Food and Repealing Regulation (EC) No 1881/2006. EUR-Lex 2023.
2. AOAC. Standard Method Performance Requirements (SMPRs) for Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) in Produce, Beverages, Dairy Products, Eggs, Seafood, Meat Products, and Feed, AOAC SMPR 2023.003 2023.
3. Battisti I.; Trentin A. R.; Franzolin E.; Nicoletto C.; Masi A.; Renella G. Uptake and Distribution of Perfluoroalkyl Substances by Grafted Tomato Plants Cultivated in a Contaminated Site in Northern Italy. Sci. Total Environ. 2024, 915, 170032.
4. Zhao L.; Giardina M.; Parry E. Determination of 30 PFAS in Baby Food. Agilent Technologies application note, publication number 5994-7367EN, 2025.
5. Zhao L.; Parry E. Determination of 30 PFAS in Fish Oil, Coffee Powder, and Protein Powder. Agilent Technologies application note, publication number 5994-8610EN, 2025.
6. Zhao L. Determination of 43 PFAS in Beer and Wine. Agilent Technologies application note, publication number 5994-8813EN, 2025.