Untargeted analysis of volatile PFAS in indoor air by thermal desorption GC high resolution Orbitrap Mass Spectrometer

Význam tématu

Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou perzistentní chemikálie běžně přítomné v spotřebním zboží a vnitřním prostředí. Volatilní PFAS a jejich prekurzory mohou uvolňovat škodlivé látky do vzduchu a představují potenciální expoziční riziko. Efektivní, citlivé a nestranné metody monitorování těchto látek v interiérovém ovzduší jsou klíčové pro hodnocení expozice, identifikaci zdrojů a řízení rizik.

Cíle a přehled studie

Cílem publikované práce bylo demonstrovat integrovaný, end-to-end přístup pro nestranné (untargeted) sledování volatilních PFAS ve vnitřním ovzduší kombinací termické desorpce (TD), plynové chromatografie (GC) a vysokorozlišovacího Orbitrap MS. Studie předvádí pracovní postup zahrnující odběr vzorků na sorpční trubice, HRAM akvizici v režimech EI a CI, následnou datovou analýzu pomocí softwaru Compound Discoverer a identifikaci pomocí FL (fluorin-based) filtrů, knihoven a in silico fragmentace.

Použitá metodika

Stručný popis postupu použitého v práci:

• Odběr vzorků: nasávání 35 L vzduchu přes TD-kompatibilní sorpční trubice z různých interiérových zón (koberce, nekoberce, sklad čisticích prostředků).
• Příprava standardů: směs PFAS standardů připravená v methanolu a natřena na sorbent trubice pro vývoj metody a potvrzení identifikací.
• Termická desorpce: TD pro efektivní předkoncentraci volatilních látek bez složité chemické přípravy.
• Chromatografie a detekce: GC separace na TraceGOLD TG-200MS sloupci následovaná vysokorozlišovací akvizicí Orbitrap Exploris GC v režimech plného skenu (EI) a chemické ionizace (PCI) s ddMS2 pro potvrzení molekulárních iontů.
• Datová analýza: zpracování v Chromeleon, FreeStyle a především Compound Discoverer s kroky detekce píků, dekonvoluce, porovnání s knihovnami, filtrací podle přítomnosti fluoru a FISh scoringem pro podporu strukturálních návrhů.

Použitá instrumentace

Seznam a role hlavních analytických nástrojů uvedených v práci:

• Thermo Scientific Orbitrap Exploris GC (vysokorozlišovací HRAM GC-MS systém) pro akvizici plnospektrálních dat v EI i CI režimu.
• Termická desorpční jednotka (TD) kompatibilní se sorpčními trubicemi pro přímé vkládání do GC.
• TraceGOLD TG-200MS kolona pro GC separaci směsi volatilních PFAS.
• Sorpční trubice a pumpované odběrové zařízení pro vzduchové vzorkování (35 L vzorky).
• Software Thermo Scientific: Compound Discoverer pro nestrannou identifikaci a data mining, Chromeleon CDS a FreeStyle pro podporu zpracování dat.

Hlavní výsledky a diskuse

Hlavní zjištění a jejich interpretace:

• Metoda umožnila detekci širokého spektra volatilních PFAS v různých typech interiérových vzorků s relativně jednoduchou přípravou vzorků díky TD přístupům.
• Vyšší koncentrace PFAS byly konzistentně nalezeny v kobercových a skladovacích oblastech čisticích prostředků, což ukazuje na konkrétní vnitřní zdroje emisí a zvýšené expoziční riziko v těchto lokalitách.
• Využití HRAM dat a PCI ddMS2 poskytlo přesné m/z (např. 6:2 FTOH m/z 364.0369) a FISh pokrytí fragmentů, čímž se zvýšila jistota identifikace oproti pouhému EI spektru. To bylo zvláště přínosné při řešení koelucí a nízké intenzity signálu v komplexních matricích vzduchu.
• Softwarové workflow umožnilo automatizované filtrování a skórování kandidátů, použití fluorin-based filtrů a porovnání s knihovnami i in silico fragmentací u neznámých sloučenin.
• Ekstraktované iontové chromatogramy standardů ukázaly dobrou separaci a citlivost pro referenční směs PFAS (5 ng v injekci), což podpořilo robustnost metody pro sledování nízkých koncentrací.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické výhody a potenciální aplikace uvedené v práci:

• Nestranný screening: workflow je zaměřen na objevování známých i dosud necharakterizovaných volatilních PFAS bez předem definovaného cíle.
• Minimální příprava vzorku: TD umožňuje přímé analýzy vzduchu bez rozpouštědlových extrakcí, zkracuje čas a snižuje riziko kontaminace.
• Vysoká jistota identifikace: HRAM akvizice a PCI ddMS2 zlepšují selektivitu a přesnost identifikací, vhodné pro environmentální monitorování a forenzní aplikace.
• Rychlé screeningové nasazení: metoda je vhodná pro screening v budovách, hodnocení vnitřních zdrojů a porovnání skupin vzorků (např. kobercové vs. nekobercové prostory).

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry dalšího rozvoje a aplikací:

• Rozšíření knihoven a kalibračních sad pro lepší kvantifikaci a strukturální potvrzení vzácných nebo nových PFAS.
• Integrace alternativních technik předkoncentrace (např. SPME Arrow) pro porovnání citlivosti a selektivity; studie již zmiňují související aplikaci SPME Arrow s Orbitrap GC.
• Vyšší automatizace datových workflow, strojové učení pro lepší odlišení skutečných signálů od šumu v komplexních vzorcích a pro predikci struktur neznámých sloučenin.
• Implementace nízkoúrovňového rutinního monitoringu v budovách, včetně síťového nasazení senzorů a periodického odběru vzduchu pro sledování trendů a účinnosti opatření.
• Regulační využití: standardizované postupy pro screening PFAS v interiérovém ovzduší mohou podpořit tvorbu expozicích orientovaných limitů a doporučení pro odstraňování zdrojů.

Závěr

Prezentovaný TD-GC-HRAM přístup kombinuje výhody termické desorpce, GC separace a vysokorozlišovací Orbitrap MS s pokročilým softwarovým zpracováním pro účinný nestranný screening volatilních PFAS v interiérovém ovzduší. Metoda prokázala schopnost detekovat a jistě identifikovat řadu PFAS v reálných vzorcích, přičemž zdůraznila vyšší zátěž v kobercových a čisticích oblastech. Díky minimální přípravě vzorků, vysoké hmotnostní přesnosti a podpoře ddMS2 fragmentace nabízí workflow silný nástroj pro environmentální monitorování, výzkum a správu rizik.

Reference

1. Vaitheesvaran P., Warner N., Roberts D., Jeffers T., Zheng X., Cole J., Kutscher D., Driscoll M. Untargeted analysis of volatile PFAS in indoor air by thermal desorption GC high resolution Orbitrap Mass Spectrometer. Thermo Fisher Scientific; 2026. PO-004717-2026-EN.
2. Thermo Fisher Scientific. Enhance sensitivity using variable electron voltage (VeV) on Orbitrap Exploris GC Mass Spectrometers. Technical Note 000769; 2026.
3. Thermo Fisher Scientific. Quantitation of volatile PFAS in environmental samples using SPME Arrow and Orbitrap Exploris GC. Application Note 003507; 2026.