Improved detection capabilities for polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furans (PCDD/Fs) using GC Orbitrap MS

Význam tématu

Polychlorované dibenzo-p-dioxiny a furany (PCDD/F) jsou vysoce toxické látky, jejichž přítomnost v potravinách a krmivech musí být monitorována na velmi nízkých úrovních. Regulace EU stanoví přísná kritéria pro limity, iontové poměry a limity kvantifikovatelnosti, takže analytické metody musí kombinovat extrémní selektivitu, vysokou citlivost a stabilitu při opakovaných měřeních. Zvýšení detekčních schopností umožňuje spolehlivější zjištění stopových kontaminantů a zlepšuje shodu s legislativou a ochranou veřejného zdraví.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené studie bylo demonstrovat výkonnost vysokorozlišovacího Orbitrap Exploris GC S hmotnostního spektrometru v kombinaci s NeverVent Advanced Electron Ionization (NVAEI) zdrojem pro stanovení PCDD/F v potravinách a krmivech. Studie porovnává dosažené limity, přesnost iontových poměrů a stabilitu signálu s požadavky vyplývajícími z regulací EU (2017/644 a 2017/771) a ověřuje shodu výsledků s referenční GC-HRMS magnetickou sektorovou technikou.

Použitá metodika a instrumentace

• Analytická platforma: GC spojená s HRAM Orbitrap Exploris GC S.
• Ionizační zdroj: Thermo Scientific NeverVent Advanced Electron Ionization (NVAEI).
• Injekce: velkoobjemová injekce (Large Volume Injection) pro zvýšení citlivosti.
• Příprava vzorků: extrakce pomocí Accelerated Solvent Extraction (ASE) s kyselinovou (sírovou) úpravou nebo automatizované multi-column solid phase extraction (SPE) pro čištění.
• Kvantifikace: izotopické zředění pomocí 13C označených interních standardů.
• Srovnávací metoda: GC-HRMS magnetický sektor (referenční technika pro PCDD/F).
• Instrumentální parametry: dosažené rozlišení (FWHM) až ~39 700, což překračuje požadované rozlišení R = 23 046 (ekvivalent 10 000 při 5 % výšky píku).

Hlavní výsledky a diskuse

• Citlivost: bylo dosaženo přesné kvantifikace 2378-TCDD při koncentraci 2 fg/µL (odpovídá 10 fg na koloně). Tento signál splňoval regulační kritéria pro odchylku iontového poměru (±15 %) i pro kalibrační odezvu (±25 %).
• Stabilita: odezva 2 fg/µL standardu zůstala stabilní během sekvence 185 injekcí vzorků potravin/krmiv, což svědčí o robustnosti NVAEI zdroje při zachování stopové citlivosti.
• Porovnání s GC-HRMS: výsledky měření PCDD/F ve skutečných potravinových a krmivových extraktech vykázaly dobrou shodu s daty získanými pomocí referenčního GC-HRMS magnetického sektoru i v blízkosti a pod regulačními limity.
• Rozlišení: Orbitrap Exploris GC S poskytl masové rozlišení (FWHM) zhruba 39 700 pro OCDD (m/z 455.7401), což výrazně převyšuje minimum nutné pro shodu s požadavky (R = 23 046 FWHM).
• Limity kvantifikace v různých matricích: studie shrnuje dosažené Sample LOQ (WHO-PCDD/F-TEQ) a porovnává je s maximálními hladinami (ML) a hodnotou 1/5 ML podle EU 2017/644. Klíčová data:
  • Butter (potravina): Sample LOQ 0.229 pg/g; ML 2.5 pg/g; 1/5 ML = 0.5 pg/g.
  • Laying hen fat (potravina): Sample LOQ 0.232 pg/g; ML 2.5 pg/g; 1/5 ML = 0.5 pg/g.
  • Fish oil (potravina): Sample LOQ 0.232 pg/g; ML 1.75 pg/g; 1/5 ML = 0.35 pg/g.
  • Edible flowers (krmivo): Sample LOQ 0.062 pg/g; ML 0.75 pg/g; 1/5 ML = 0.15 pg/g.
  • Dill tips (krmivo): Sample LOQ 0.061 pg/g; ML 0.75 pg/g; 1/5 ML = 0.15 pg/g.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda kombinuje vysokou selektivitu (HRAM Orbitrap) a mechanizmy pro snížení chemického šumu (účinné čištění extraktů), což umožňuje spolehlivou detekci PCDD/F na úrovních ppt (pg/g).
• Ve srovnání s tradiční GC-HRMS magnetickým sektorem poskytuje Orbitrap řešení srovnatelné přesnosti a citlivosti při potenciálním zjednodušení provozních nákladů a škálovatelnosti do rutinních laboratorních provozů.
• Robustnost zdroje NVAEI pro dlouhé sekvence analýz zvyšuje provozní spolehlivost a snižuje riziko ztráty citlivosti při sériových měřeních.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Přechod částí rutinního monitoringu PCDD/F z magnetických sektorových HRMS na HRAM Orbitrap přístupy, pokud budou výsledky validací a mezinárodní akceptace potvrzeny.
• Další rozšiřování analýz zahrnující širší spektrum dioxin-like sloučenin a souběžné panely (např. dioxin-like PCB) využívající vysoké dynamické rozlišení a citlivost.
• Zvýšená automatizace příprav vzorků, sofistikované softwarové workflow pro vyhodnocení iontových poměrů a kvality dat, a standardizované validace napříč laboratořemi.
• Pokračující práce na minimalizaci maticových vlivů a snižování LOQ pro zlepšení ochrany spotřebitelů, zejména u náročných tukových a olejnatých matric.

Závěr

Orbitrap Exploris GC S vybavený NeverVent AEI zdrojem dosahuje výrazně vyššího masového rozlišení a citlivosti než je regulatorní minimum a umožňuje přesnou kvantifikaci PCDD/F až na úrovni 2 fg/µL (10 fg on-column) pro TCDD. Metoda prokázala stabilitu přes 185 injekcí a soulad výsledků s referenční GC-HRMS technikou, přičemž dosažené LOQ v testovaných potravinových a krmivových matricích jsou pod 1/5 regulačních limitů v souladu s požadavky EU. To činí přístup vhodným pro implementaci do monitorovacích programů a zkracuje cestu k širšímu přijetí HRAM Orbitrap technologií v kontrolních laboratořích.

Reference

1. N. Warner, K. Krätschmer, D. Roberts, D. Kutscher. Polychlorinated dibenzo-p-dioxins/furan analysis in food and feed at regulatory limits using the Orbitrap Exploris GC S mass spectrometer. Thermo Scientific application note AN004451.
2. Commission Regulation (EU) 2017/664 (2017). Laying down method of sampling and analysis for the control of levels of dioxins, dioxin-like PCBs and non-dioxin-like PCBs in certain foodstuffs and repeal Regulation (EU) No. 589/2014.