Integrated LC-MS/MS Workflow for Simultaneous PFAS and Cyanotoxin Analysis: Evaluating Mobile Phase Acid Effects to Improve Accuracy and Robustness

Význam tématu

Analýza per- a polyfluorovaných alkylovaných látek (PFAS) a sinicových toxinů (cyanotoxinů) v pitné vodě je kritická pro ochranu veřejného zdraví a pro plnění regulatorních požadavků. PFAS představují perzistentní environmentální kontaminanty s potenciálem bioakumulace, zatímco cyanotoxiny vznikají při květech sinic a mohou způsobit akutní i chronické zdravotní efekty. Integrace více analytických metod do jednoho LC‑MS/MS pracovního postupu šetří čas, snižuje náklady a minimalizuje riziko laboratorních chyb a kontaminace, pokud je správně navržena a ověřena.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo vyhodnotit integrovaný LC‑MS/MS pracovní postup umožňující simultánní provoz metod EPA 533 (PFAS), EPA 544 a 545 (cyanotoxiny) na jednom přístroji s automatickým přepínáním metod. Hlavními úkoly byly: ověřit robustnost a přesnost přepínání metod v jedné sestavě, posoudit potřebu a délku rysovacích kroků pro eliminaci přenosu kontaminantů mezi metodami, a zkoumat vliv použití různých kyselin v mobilní fázi (kyselina mravenčí vs. octová) na ionizační efekt a potlačení signálu u PFAS.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy byly provedeny na jednom LC‑MS/MS systému Shimadzu LCMS‑8060RX s automatickým přepínáním metod a s možností volby toku přes delay column nebo jejího vypuštění podle potřeby metody. Použitá chromatografická kolonová souprava zahrnovala:

• Shim‑pack GIST C18, 3 μm, 2.1 x 50 mm
• Shim‑pack GIST C18, 2 μm, 2.1 x 100 mm
• Shim‑pack Velox SPC18, 2.7 μm, 2.1 x 100 mm
• Delay column: Shim‑pack GIST C18, 5 μm, 3.0 x 50 mm (používána pro PFAS)

Další parametry metod (souhrn):

• Objem injekce: 2 μL (PFAS) a 10–20 μL (cyanotoxiny, závislé na metodě)
• Teplota kolony: 40–45 °C
• Flow rate: 0.25–0.3 mL/min
• Trvání běhu: 8–18 min podle metody
• MS rozhraní: ESI v negativním módu pro PFAS (EPA 533), ESI pozitivní pro cyanotoxiny (EPA 544, 545)

Batchový design zahrnoval 294 injekcí během kontinuálního provozu trvajícího 54 hodin, zahrnující nulové vzorky, blanky, rinse kroky a standardní kalibrace. Pro minimalizaci přenosu mezi metodami byl testován rychlý pětiminutový rinsovací krok podle navrženého průtoku sestavy.

Hlavní výsledky a diskuse

Klíčové nálezy studie jsou následující:

• Automatické přepínání metod umožnilo provoz tří EPA metod na jednom LC‑MS/MS systému bez nutnosti manuálního zásahu, čímž se zvyšuje průchodnost laboratoře a snižují provozní náklady.
• Krátký pěti minutový rinsovací krok byl dostatečný k odstranění zbytků mobilní fáze a minimalizaci přenosu mezi metodami — pokračující kontrolní kalibrace po trojích injekcích každé metody vykazovaly přesnost v rozmezí 80–120 % a %RSD < 15 % na LLOQ, střední a HLOQ úrovni.
• Kalibrační křivky pro všechny analyty splňovaly liniovost s R² > 0,99.
• Výrazný vliv složení kyseliny v mobilní fázi: dlouhodobá expozice formic acid (kyselina mravenčí) > 30 h způsobila znatelnou supresi signálu u řady PFAS (ukázáno na PFBA, PFNA a dalších), včetně signifikantní ztráty signálu u FOSE sloučenin identifikovaných v metodě EPA 1633, i když formic acid procházel pouze LC rozvody bez kontaktu s analytickou kolonou. Naproti tomu použití acetic acid (kyselina octová) nevedlo k pozorovanému potlačení signálu bez ohledu na dobu expozice.

Interpretace ukazuje, že i krátkodobé nebo přechodné použití formic acid v systému určeném pro PFAS analýzu může narušit měření perzistentních fluorovaných sloučenin; dezinfekční a rinsovací postupy proto musí být optimalizovány a volba mobilní fáze přizpůsobena cílovým analytem.

Přínosy a praktické využití metody

Praktické přínosy integrovaného postupu zahrnují:

• Možnost provozovat analýzy PFAS i cyanotoxinů na jednom přístroji s automatickým přepínáním metod, čímž se redukuje potřeba mít dedikované přístroje pro každou metodu.
• Snížení doby nečinnosti a manuální práce díky krátkému (5 minut) rinsovacímu kroku, který stačí pro udržení přesnosti mezi přepnutími metod.
• Zvýšení spolehlivosti měření PFAS při přechodu na acetic acid v cyanotoxinových metodách; to minimalizuje riziko ionizační suprese způsobené formic acid a zlepšuje reprodukovatelnost výsledků.
• Umožnění komplexního monitoringu pitné vody v prostředích s omezenými zdroji přístrojů (regulační laboratoře, poskytovatelé pitné vody, výzkumné týmy).

Budoucí trendy a možnosti využití

Možné směry dalšího vývoje a aplikací:

• Standardizace integrovaných pracovních postupů pro rutinní použití v akreditovaných laboratořích a regulačních programech.
• Rozšíření přepínatelných platforem na další třídy analytů (např. pesticidy, farmaceutické rezidua) s důrazem na kompatibilitu mobilních fází a prevenci kontaminace.
• Další výzkum mechanismů ionizační suprese vyvolané kyselinami v mobilních fázích, zejména interakcí s fluorovanými sloučeninami a povrchy přístrojů.
• Vývoj automatizovaných rinsovacích protokolů řízených softwarem přístroje, adaptivních podle předchozího solventového zatížení a profilu analyzovaných činidel.
• Aplikace v rozsáhlejším environmentálním monitoringu a vizuální integrace s datovými platformami pro rychlou odezvu při zhoršení kvality vody.

Závěr

Studie demonstruje, že jeden LC‑MS/MS systém (Shimadzu LCMS‑8060RX) s automatickým přepínáním metod dokáže spolehlivě a přesně analyzovat jak PFAS (EPA 533), tak cyanotoxiny (EPA 544/545), pokud jsou zavedeny vhodné opatření proti kontaminaci a potlačení signálu. Krátký pěti minutový rinse efektivně minimalizuje přenos mezi metodami. Zásadní je volba mobilní fáze pro cyanotoxiny: nahrazení formic acid acetic acid výrazně snižuje riziko ionizační suprese PFAS a zlepšuje stabilitu výsledků při dlouhodobém provozu.

Reference

1. EPA Method 533: Determination of Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances in Drinking Water by Solid Phase Extraction and LC‑MS/MS.
2. EPA Method 544: Determination of Cyanotoxins in Drinking Water by LC‑MS/MS.
3. EPA Method 545: Determination of Cyanotoxins in Drinking Water by LC‑MS/MS (complementary method to 544).
4. EPA Method 1633: Determination of Per‑ and Polyfluoroalkyl Substances in Aqueous Film‑Forming Foams and Soils by LC‑MS/MS (referenční zmínka v souvislosti s FOSE sloučeninami).
5. Poznámka o autorství a financování: Studie byla vypracována pracovníky Shimadzu Scientific Instruments a Shimadzu Corporation; výsledky jsou prezentovány pro účely výzkumu a nejsou určeny pro diagnostické použití.